Een internationaal team van wetenschappers van de Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University (SPbPU), Leibniz University Hannover (Leibniz Universität Hannover) en het Ioffe Institute rapporteren een manier om nanocomposietmateriaal te verbeteren, nieuwe kansen in de industrie openen. De studie, getiteld "Het mechanisme van het genereren van ladingsdragers bij de TiO ₂ -n-Si heterojunctie geactiveerd door gouden nanodeeltjes, " is gepubliceerd in Halfgeleiderwetenschap en -technologie .

De studie is gewijd aan een composiet halfgeleider op basis van titaniumdioxide. De toepassingen ervan worden op grote schaal bestudeerd door onderzoekers over de hele wereld. Maar de processen die in dit materiaal plaatsvinden, zijn zeer complex. Daarom, om de halfgeleider effectiever te gebruiken, het is noodzakelijk om ervoor te zorgen dat de energie die tussen de lagen is ingesloten, kan worden vrijgegeven en overgedragen.

In het kader van de experimenten, de onderzoekers stellen een kwalitatief model voor om de complexe processen te verklaren. Ze gebruikten een composietmateriaal bestaande uit een siliciumwafel (standaard siliciumwafel die wordt gebruikt in elektronische apparaten), gouden nanodeeltjes en een dunne laag titaniumdioxide. Tijdens het experiment om de energie in het materiaal over te dragen, de onderzoekers wilden nanodeeltjes isoleren uit silicium. Als nanodeeltjes niet worden geïsoleerd van de siliciumwafel, dan kan de energie niet worden overgedragen aan het silicium of aan het titaniumdioxide, leidt tot energieverlies.

"Het verkregen materiaal was een siliciumwafel met pilaarachtige structuren die op het oppervlak waren gegroeid. Het werd gebruikt als substraat voor het monster. Gouden nanodeeltjes bevonden zich bovenop deze pilaren en de hele structuur was bedekt met titaniumoxide. Dus, nanodeeltjes kwamen alleen in contact met titaniumdioxide, en werden tegelijkertijd geïsoleerd uit silicium. Het aantal grenzen tussen de lagen nam af, en we probeerden de processen in het materiaal te beschrijven. In aanvulling, we gingen ervan uit dat deze structuur de efficiëntie zou verhogen van het gebruik van de energie van licht dat het oppervlak van ons materiaal verlicht, " zegt Dr. Maxim Mishin, hoogleraar natuurkunde, Scheikunde, and Technology of Microsystems Equipment Department van SPbPU.

In Sint-Petersburg, een internationale wetenschappelijke groep heeft een model van een nieuwe structuur opgesteld, toen werd het grootste deel van de structuur gemaakt in Hannover:een siliciumwafel met daarop pilaren en gouden nanodeeltjes.

Het experiment werd als volgt uitgevoerd. Eerst, de wafel was geoxideerd, d.w.z., het was bedekt met een laag van het substraat, en er werden gouden nanodeeltjes bovenop gelegd. "Daarna, we stonden voor de volgende taak:het maken van pilaren en het etsen van het substraat zodat het onder de deeltjes blijft en niet en ertussenin. Aangezien we te maken hebben met de nanoschaal - de diameter van gouden nanodeeltjes is ongeveer 10 nanometer, en de hoogte van de pilaar is 80 nanometer - dit is geen triviale taak. De ontwikkeling van moderne nano-elektronica maakt het mogelijk gebruik te maken van de zogenaamde 'droge' etsmethoden zoals reactief ionenetsen, " voegt Dr. Marc Christopher Wurz toe van het Institute of Micro Production Technology aan de Leibniz University Hannover.

Volgens wetenschappers, het proces was niet snel. In de eerste fasen van het experiment, tijdens het gebruik van de ionenets, alle gouden nanodeeltjes werden eenvoudigweg van de geoxideerde wafel afgebroken. In de loop van een week, de onderzoekers selecteerden de parameters voor het etsen van het plasmasysteem, zodat de gouden nanodeeltjes op het oppervlak bleven. Het hele experiment werd binnen 10 dagen uitgevoerd.

Dit wetenschappelijke project loopt nog. De onderzoekers melden dat dit nanocomposietmateriaal kan worden gebruikt in optische apparaten die in het zichtbare lichtspectrum werken. In aanvulling, het kan als katalysator worden gebruikt om waterstof uit water te produceren, of om water te zuiveren door de afbraak van complexe moleculen te stimuleren. In aanvulling, dit materiaal kan nuttig zijn als een element van een sensor die gaslekken of verhoogde concentraties van schadelijke stoffen in de lucht detecteert.