In de afgelopen halve eeuw is wetenschappers hebben siliciumfilms tot slechts een sliert atomen geschoren om kleinere, snellere elektronica. Voor de volgende reeks doorbraken, Hoewel, ze hebben nieuwe manieren nodig om nog kleinere en krachtigere apparaten te bouwen.

Een onderzoek onder leiding van UChicago-onderzoekers, gepubliceerd op 20 september in Natuur , beschrijft een innovatieve methode om stapels halfgeleiders van slechts enkele atomen dik te maken. De techniek biedt wetenschappers en ingenieurs een eenvoudige, kosteneffectieve methode om dunne, uniforme lagen van deze materialen, die de mogelijkheden voor apparaten van zonnecellen tot mobiele telefoons zou kunnen uitbreiden.

Het stapelen van dunne materiaallagen biedt een scala aan mogelijkheden voor het maken van elektronische apparaten met unieke eigenschappen. Maar het vervaardigen van dergelijke films is een delicaat proces, met weinig ruimte voor fouten.

"De omvang van het probleem waar we naar kijken is, stel je voor dat je probeert een plat stuk plastic folie zo groot als Chicago neer te leggen zonder dat er luchtbellen in komen, " zei Jiwoong Park, een UChicago-professor bij de afdeling Chemie, het Institute for Molecular Engineering en het James Franck Institute, die de studie leidde. "Als het materiaal zelf maar atomen dik is, elk klein verdwaald atoom is een probleem."

Vandaag, deze lagen worden "gegroeid" in plaats van ze op elkaar te stapelen. Maar dat betekent dat de onderste lagen moeten worden onderworpen aan zware groeiomstandigheden, zoals hoge temperaturen, terwijl de nieuwe worden toegevoegd - een proces dat de materialen waarmee ze worden gemaakt beperkt.

Park's team maakte de films in plaats daarvan individueel. Dan zetten ze ze in een vacuüm, pelde ze af en plakte ze aan elkaar, zoals Post-It-notities. Hierdoor konden de wetenschappers films maken die waren verbonden met zwakke bindingen in plaats van sterkere covalente bindingen, waardoor ze minder interfereerden met de perfecte oppervlakken tussen de lagen.

"De films, verticaal gecontroleerd op atomair niveau, zijn van uitzonderlijk hoge kwaliteit over hele wafels, " zei Kibum Kang, een postdoctoraal medewerker die de eerste auteur van de studie was.

Kan-Heng Lee, een afgestudeerde student en co-eerste auteur van de studie, testte vervolgens de elektrische eigenschappen van de films door er apparaten van te maken en toonde aan dat hun functies op atomaire schaal kunnen worden ontworpen, waardoor ze kunnen dienen als het essentiële ingrediënt voor toekomstige computerchips.

De methode opent talloze mogelijkheden voor dergelijke films. Ze kunnen op water of plastic worden gemaakt; ze kunnen worden losgemaakt door ze in water te dompelen; en ze kunnen worden gesneden of van een patroon voorzien met een ionenstraal. Onderzoekers onderzoeken het volledige scala van wat er met de methode kan worden gedaan, waarvan ze zeiden dat het eenvoudig en kosteneffectief is.

"We verwachten dat deze nieuwe methode de ontdekking van nieuwe materialen zal versnellen, evenals het mogelijk maken van grootschalige productie, ' zei Park.