Accélérer l. a. manufacturing sturdy de semi-conducteurs grâce à une « encre multi-composants »

Les semi-conducteurs sont au cœur de presque tous les appareils électroniques. Sans semi-conducteurs, nos ordinateurs ne seraient pas capables de traiter et de conserver des données ; Les LED (diodes électroluminescentes) perdront leur capacité à briller.

Mais fabriquer des semi-conducteurs nécessite beaucoup d’énergie. Los angeles création de matériaux semi-conducteurs à partir de sable (oxyde de silicium) consomme une grande quantité d’énergie thermique intense, à des températures torrides d’environ 2 700 degrés Fahrenheit. Le processus de purification et d’assemblage de toutes les matières premières entrant dans l. a. fabrication des semi-conducteurs peut prendre des semaines, voire des mois.

Un nouveau matériau semi-conducteur appelé « encre multi-composants » pourrait rendre ce processus moins gourmet en chaleur et plus sturdy. Développée par des chercheurs du Lawrence Berkeley Nationwide Laboratory (Berkeley Lab) et de l’UC Berkeley, « l’encre multi-composants » est le premier semi-conducteur « à haute entropie » pouvant être traité à basse température ou à température ambiante. Ce hack a été récemment rapporté dans le magazine nature.

“Los angeles manière traditionnelle de fabriquer des dispositifs semi-conducteurs consomme beaucoup d’énergie et constitue l’une des principales resources d’émissions de carbone”, a déclaré Bedong Yang, chercheur predominant de l’étude. Yang est scientifique predominant à l. a. department des sciences des matériaux du laboratoire de Berkeley et professeur de chimie, de science des matériaux et d’ingénierie à l’UC Berkeley. “Notre nouvelle façon de fabriquer des semi-conducteurs pourrait ouvrir l. a. voie à une industrie des semi-conducteurs plus sturdy.”

Cette avancée tire parti de deux familles uniques de matériaux semi-conducteurs : les alliages solides constitués de semi-conducteurs à haute entropie ; Un matériau souple et versatile composé de pérovskite aux halogénures cristallins.

Les matériaux à haute entropie sont des solides constitués de cinq éléments chimiques différents ou plus qui s’auto-assemblent dans des proportions presque égales en un seul système. Depuis de nombreuses années, les chercheurs souhaitent utiliser des matériaux à haute entropie pour développer des matériaux semi-conducteurs qui s’auto-assemblent avec un apport d’énergie minimum.

“Mais les semi-conducteurs à haute entropie n’ont pas été autant étudiés”, a déclaré Yuxin Jiang, co-premier auteur et étudiant chercheur du groupe de Beidong Yang au Berkeley Lab. “Notre travail peut aider à combler ce manque de compréhension de manière significative.” Département de science des matériaux et Département de chimie de l’UC Berkeley.

Bien que les matériaux d’alliage à haute entropie conventionnels nécessitent beaucoup moins d’énergie que le silicium pour être transformés en fabrication, ils nécessitent néanmoins des températures très élevées de plus de 1 000 °C (ou plus de 1 832 °F). Los angeles mise à l’échelle de matériaux à haute entropie pour une fabrication à l’échelle industrielle constitue un défi majeur en raison de cet énorme apport d’énergie.

Pour surmonter cet impediment, Yang et son équipe ont tiré parti des propriétés uniques d’un matériau solaire bien étudié qui intrigue les chercheurs depuis de nombreuses années : les pérovskites aux halogénures.

Les pérovskites sont facilement traitées à partir d’une resolution à basse température, de l. a. température ambiante à environ 300 degrés Fahrenheit. Ces températures de traitement plus basses pourraient un jour réduire considérablement les coûts énergétiques des fabricants de semi-conducteurs.

Dans l. a. nouvelle étude, Yang et son équipe ont profité de besoins énergétiques inférieurs pour assembler des monocristaux d’halogénure de persovskite à haute entropie à partir d’une resolution à température ambiante ou dans des prerequisites de basse température (80 degrés Celsius ou 176 degrés Fahrenheit).

En raison de l. a. nature de l. a. liaison ionique, les buildings cristallines halogénures de pérovskite nécessitent beaucoup moins d’énergie pour se former que d’autres systèmes matériels, a expliqué Yang.

Des expériences à l’Complicated Gentle Supply du Berkeley Lab ont confirmé que les cristaux octaédriques et cubiques résultants sont des monocristaux de pérovskite aux halogénures à haute entropie : un groupe de cinq éléments (SnTeReIrPt, ou ZrSnTeHfPt) et un autre groupe de six éléments (SnTeReOsIrPt, ou ZrSnTeHfRePt). Les cristaux mesurent environ 30 à 100 micromètres de diamètre. (Un micromètre équivaut à un milliardième de mètre, ce qui correspond à peu près à l. a. taille d’un grain de poussière.)

Los angeles technologie basse température/température ambiante produit des semi-conducteurs monocristallins quelques heures après le mélange et le dépôt de l. a. resolution, ce qui est beaucoup plus rapide que les ways traditionnelles de fabrication de semi-conducteurs.

“Intuitivement, fabriquer ces semi-conducteurs revient à empiler des LEGO moléculaires octaédriques dans des monocristaux octaédriques plus grands”, a déclaré Yang. “Imaginez que chacun des LEGO moléculaires individuels émette à des longueurs d’onde différentes, on pourrait en principe concevoir un matériau semi-conducteur qui émettrait une couleur aléatoire en sélectionnant différents LEGO moléculaires octaédriques”, a-t-il expliqué. Les auteurs ont démontré ce idea en imprimant le brand des California Golden Bears.

Los angeles stabilité à température ambiante a longtemps été un problème pour le développement de pérovskites aux halogénures prêtes à l’emploi, mais dans une expérience sur desk pour l. a. nouvelle étude, l’« encre multi-éléments » aux halogénures à haute entropie a surpris l’équipe de recherche avec une stabilité impressionnante. à l’air ambiant pendant au moins six mois.

L’encre multi-composants a un sure nombre d’programs potentielles, notamment comme LED à couleurs réglables ou autres dispositifs d’éclairage à semi-conducteurs, ou comme thermoélectricité pour récupérer l. a. chaleur perdue, a déclaré Yang. De plus, le matériau peut servir de composant programmable dans un dispositif informatique optique qui utilise l. a. lumière pour transmettre ou stocker des données.

“Les cristaux semi-conducteurs halogénures-pérovskites à haute entropie peuvent être incorporés, par des méthodes à température ambiante et à basse température, dans un dispositif électronique sans détruire les autres couches nécessaires, ce qui facilite l. a. conception des dispositifs électroniques et leur utilisation plus répandue”, a déclaré Maria Folgueras, co-premier auteur, qui est « Ce sont des matériaux à haute entropie dans les appareils électroniques », a déclaré un ancien étudiant diplômé du groupe de Bidong Yang au Berkeley Lab et à l’UC Berkeley.

“On peut imaginer que chacune des pièces octaédriques de Lego pourrait contenir une sorte d’knowledge” génétique “, tout comme les paires de bases d’ADN transportent notre knowledge génétique”, a déclaré Yang. “Ce serait très excitant si un jour nous pouvions coder et décoder les semi-conducteurs moléculaires de LEGO pour des programs en sciences de l’knowledge.”

Les chercheurs prévoient ensuite de continuer à concevoir des matériaux semi-conducteurs durables pour les programs d’éclairage et d’affichage à semi-conducteurs.