นวัตกรรม

วัสดุเก่าอาจแทนที่ซิลิคอนในอุปกรณ์กึ่งตัวนำ

วัสดุเก่าอาจแทนที่ซิลิคอนในอุปกรณ์กึ่งตัวนำ

ทรานซิสเตอร์ตัวแรกทำมาจาก เจอร์เมเนียม ในช่วงปลายเดือน 1940และมีขนาดเท่ากับภาพขนาดย่อ วัสดุชนิดเดียวกันนี้สามารถจัดเรียงใหม่เพื่อพัฒนาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในอนาคตได้ตามการศึกษาใหม่

[ที่มาของภาพ: วิกิมีเดีย]

นักเคมีที่ มหาวิทยาลัยแห่งรัฐโอไฮโอ ประสบความสำเร็จในการพัฒนาเทคโนโลยีสำหรับสร้างชั้นที่มีความหนาหนึ่งอะตอม เจอร์เมเนียม. แบบฟอร์มนี้สามารถนำอิเล็กตรอนได้มากกว่า 10 เร็วกว่าซิลิกอนและ 5 เร็วกว่าปกติหลายเท่า เจอร์เมเนียม. ในรูปแบบนี้เรียกว่าวัสดุผลึก เยอรมัน.

Joshua Goldberger, ผู้ช่วยศาสตราจารย์วิชาเคมีที่ มหาวิทยาลัยแห่งรัฐโอไฮโอตัดสินใจที่จะมุ่งเน้นไปที่วัสดุแบบดั้งเดิม

“ คนส่วนใหญ่นึกถึง กราฟีน เป็นวัสดุอิเล็กทรอนิกส์แห่งอนาคต แต่ ซิลิคอน และ เจอร์เมเนียม ยังคงเป็นวัสดุในปัจจุบัน หกสิบปีของพลังสมองได้พัฒนาเทคนิคเพื่อสร้างชิปจากพวกเขา ดังนั้นเราจึงค้นหารูปแบบที่ไม่เหมือนใครของ ซิลิคอน และ เจอร์เมเนียม ด้วยคุณสมบัติที่เป็นประโยชน์เพื่อให้ได้ประโยชน์จากวัสดุใหม่ แต่มีต้นทุนน้อยลงและใช้เทคโนโลยีที่มีอยู่”โกลด์เบอร์เกอร์ กล่าว.

นักวิจัยพยายามสร้างไม่สำเร็จ เยอรมัน ก่อน. นี่เป็นครั้งแรกของการเติบโตที่ประสบความสำเร็จในปริมาณที่เพียงพอที่จะวัดคุณสมบัติของมันโดยละเอียดและแสดงให้เห็นถึงความเสถียรเมื่อสัมผัสกับอากาศและน้ำ

ในธรรมชาติ, เจอร์เมเนียม สร้างผลึกหลายชั้นซึ่งแต่ละชั้นอะตอมยึดติดกันชั้นอะตอมเดี่ยวไม่เสถียร เพื่อจัดการกับสิ่งนั้น โกลด์เบอร์เกอร์ทีมของสร้างขึ้นหลายชั้น เจอร์เมเนียม ผลึกที่มีอะตอมของแคลเซียมเกาะอยู่ระหว่างชั้น จากนั้นพวกเขาก็ละลายแคลเซียมออกไปกับน้ำและแทนที่แคลเซียมด้วยไฮโดรเจน ผลลัพธ์ที่ได้คือความสามารถในการลอกแต่ละชั้นของ เยอรมัน.

รูปแบบนี้ของ เจอร์เมเนียม มีเสถียรภาพที่ดีกว่าแบบดั้งเดิม ซิลิคอน และจะไม่ออกซิไดซ์ในน้ำและอากาศ ประโยชน์หลักของ เยอรมัน เรียกว่า“ช่องว่างวงโดยตรง” ซึ่งหมายความว่าแสงถูกดูดซับหรือเปล่งออกมาได้ง่าย ธรรมดา ซิลิคอน และ เจอร์เมเนียม มีช่องว่างทางอ้อมซึ่งหมายความว่าวัสดุดูดซับหรือเปล่งแสงได้ยากกว่ามาก

“ เมื่อคุณพยายามใช้วัสดุที่มีช่องว่างวงดนตรีทางอ้อมบนเซลล์แสงอาทิตย์คุณต้องทำให้มันหนาพอสมควรถ้าคุณต้องการพลังงานเพียงพอที่จะส่งผ่านมันไปใช้ประโยชน์ วัสดุที่มี ช่องว่างวงโดยตรง สามารถทำงานเดียวกันกับชิ้นส่วนของวัสดุ 100 บางกว่าเท่า” โกลด์เบอร์เกอร์ กล่าว.

การวิจัยได้รับการสนับสนุนบางส่วนโดยการจัดสรรเวลาในการคำนวณจากไฟล์ ศูนย์ซูเปอร์คอมพิวเตอร์โอไฮโอพร้อมเครื่องมือวัดที่จัดทำโดย พื้นผิวเชิงวิเคราะห์ ใน ภาควิชาเคมีและชีวเคมี และ โครงการวิเคราะห์เครื่องมือระดับปริญญาตรีของมหาวิทยาลัยแห่งรัฐโอไฮโอ. เงินทุนจัดทำโดย มูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติ, สำนักงานวิจัยกองทัพบก, ศูนย์วัสดุฉุกเฉิน ที่ รัฐโอไฮโอและมหาวิทยาลัย โครงการทุนอุดหนุนการวิจัยวัสดุ.