In een zeldzame samenwerking combineerden twee wetenschappers, broers die in niet-verwante disciplines werken, complementaire expertise om een ​​chemisch probleem aan te pakken met betrekking tot het gebruik van silicium in elektronische apparaten.

Leider van de National Deuteration Facility, Dr. Tamim Darwish, suggereerde aan zijn broer, Dr. Nadim Darwish, een hoofddocent met expertise in moleculaire elektronica aan de Curtin University, dat het deutereren van silicium de eigenschappen ervan zou kunnen verbeteren.

Dr. Tamim Darwish is zeer bekend met de unieke eigenschappen van deuterium, een isotoop van waterstof die wordt gebruikt om waterstof in moleculen te vervangen en de focus van het werk bij de National Deuteration Facility (NDF).

Deze faciliteit bij ANSTO is een wereldleider op het gebied van deuteratie voor onderzoekstoepassingen, en zij zijn gespecialiseerd in het leveren van op maat gemaakte gedeutereerde moleculen en labelingstechnieken.

De resultaten van hun onderzoek gepubliceerd in ACS Applied Materials &Interfaces rapporteert verbeteringen aan de eigenschappen van silicium toen waterstof werd vervangen door deuterium op de oppervlaktelaag.

De afgelopen jaren is er veel belangstelling geweest voor een technologie die silicium en organische moleculen combineert voor verschillende toepassingen, zoals sensoren, zonnecellen, energieopwekking en moleculaire elektronische apparaten.

De uitdaging met deze technologie is dat de oppervlakken gemaakt van silicium en waterstof (Si−H-oppervlakken), die cruciaal zijn voor het bouwen van deze apparaten, gevoelig zijn voor oxidatie. Deze oxidatie kan de stabiliteit van de apparaten zowel mechanisch als elektronisch aantasten.

In deze studie ontdekten de gebroeders Darwish en hun collega's dat als waterstof wordt vervangen door deuterium, waardoor Si-D-oppervlakken ontstaan, deze oppervlakken veel beter bestand zijn tegen oxidatie wanneer ze worden blootgesteld aan positieve of negatieve spanningen. Si−D-oppervlakken vertoonden meer stabiliteit tegen oxidatie, en hun elektrische eigenschappen waren consistenter vergeleken met Si−H-oppervlakken.

De onderzoekers adviseerden het gebruik van Si−D-oppervlakken in plaats van Si−H-oppervlakken in toepassingen die niet-geoxideerde siliciumoppervlakken vereisen, zoals elektrochemische biosensoren, op silicium gebaseerde moleculaire elektronische apparaten en op silicium gebaseerde tribo-elektrische generatoren.

De significante oppervlakte-isotoopeffecten die in deze studie worden gerapporteerd, hebben implicaties voor het ontwerp van op silicium gebaseerde apparaten, moleculaire elektronica en apparaten voor energieopwekking op basis van silicium. Bovendien hebben deze bevindingen invloed op de interpretatie van de ladingstransportkarakteristieken in dergelijke apparaten.

Meer informatie: Tiexin Li et al., Terminale deuteriumatomen beschermen silicium tegen oxidatie, ACS-toegepaste materialen en interfaces (2023). DOI:10.1021/acsami.3c11598

Journaalinformatie: Toegepaste materialen en interfaces van ACS

Aangeboden door de Australian Nuclear Science and Technology Organization (ANSTO)