Chemici van de Universiteit van Michigan hebben een groener, goedkopere manier om enkelkristallijne halfgeleiderfilms te maken, componenten in het hart van al onze elektrische gadgets.

Monokristallijne films van anorganische halfgeleiders vormen de basis van bijna alle elektronica, inclusief smartphones, computers en zonnepanelen. De snelste geïntegreerde schakelingen hebben transistors die bestaan ​​uit germaniumfilms op silicium. Maar dergelijke materialen worden meestal alleen bereid bij verhoogde temperaturen, met complexe machines waarbij gevaarlijke gassen worden gebruikt.

Het U-M-team, onder leiding van Stephen Maldonado, een universitair hoofddocent scheikunde, heeft een methode uitgevonden om tegelijkertijd bij kamertemperatuur kristallijne halfgeleiderfilms uit water te synthetiseren en af ​​te zetten met behulp van apparatuur die voor slechts een paar dollar kan worden geassembleerd.

"Onze methode vereist geen overtollige warmte, en alles wordt gedaan in een waterige oplossing, dus we gebruiken geen giftige voorlopers, " zei Maldonado. "En we doen dit zonder enige kwaliteit op te offeren in de kristalliniteit van het materiaal, dat is meestal de afweging."

Om dit te doen, Maldonado en zijn team maken een dunne, vloeibare metalen film die rust op een substraat dat ze aansluiten op een voeding. Wanneer ze de metaalfilm elektriseren, moleculen op het oppervlak van die film - als ze in contact zijn met water - kunnen worden gereduceerd tot hun elementaire delen. In dit geval, eenheden opgelost germaniumoxide worden omgezet in germaniumatomen die oplossen in de vloeibare metaalfilm.

"Als de vloeibare metaalfilm dun genoeg is, de germaniumatomen zullen neerslaan, maar selectief aan de onderkant en als een uniforme kristallijne film.' Maldonado zei. 'Het leuke hiervan is dat we een geoxideerde voorloper nemen - zoals je in de natuur zou vinden - en in één processtap, we kunnen een technologisch relevante film produceren die één groot aaneengesloten kristal is."

Maldonado zei dat de volgende stappen van zijn team zullen zijn om hetzelfde proces met silicium te doen. De chemie is genuanceerder, maar het principe is hetzelfde.

uiteindelijk, zonder complexe machines en hoge temperaturen, Maldonado's proces zou een goedkopere, groenere manier om halfgeleiders te produceren.

"Er is een reden waarom niet iedereen op deze planeet toegang heeft tot geavanceerde elektronica, Maldonado zei. "Het maken van hoogwaardige halfgeleiderapparaten vereist een substantiële infrastructuur."

"Dit proces, in termen van de belangrijkste elementen ervan - we hebben het over dingen die je bij RadioShack kunt krijgen. Je hebt geen hoge temperatuur nodig, je hebt geen ingewikkelde machines nodig. Je hebt alleen een middel nodig om een ​​stroom te tekenen en te meten, maar de elektronica die je letterlijk kon samenstellen voor $ 20. Dit werk is een stap in de richting van een halfgeleiderindustrie die door iedereen kan worden geleid, overal."

Het onderzoek van het team is gepubliceerd in de Tijdschrift van de American Chemical Society .