Schéma du processus de croissance hybride core-shell
(PhysOrg.com) -- Des chercheurs de l'Université du Maryland ont créé une toute nouvelle façon de produire des matériaux semi-conducteurs de haute qualité essentiels pour la microélectronique et la nanotechnologie avancées. Publié dans le numéro du 26 mars de Science , leur recherche est une avancée fondamentale dans la science des nanomatériaux qui pourrait conduire à des avancées significatives dans les puces informatiques, Cellules photovoltaïques, biomarqueurs et autres applications, selon les auteurs et d'autres experts.
"C'est un grand, avancée majeure qui montre qu'il est possible de faire quelque chose qui était impossible à faire avant, " a déclaré le professeur agrégé du Massachusetts Institute of Technology Francesco Stellacci, dont les propres travaux se concentrent sur la découverte de nouvelles propriétés dans les matériaux à l'échelle nanométrique et le développement de nouveaux schémas de nanofabrication. "Cette recherche montre en fait qu'il est possible à l'échelle nanométrique que deux matériaux coexistent joyeusement à leur interface, deux matériaux qui ne coexisteraient pas autrement, " a expliqué Stellacci, qui n'a pas participé à l'étude.
Dirigé par Min Ouyang, professeur adjoint au département de physique et au Maryland NanoCenter, l'équipe de l'Université du Maryland a créé un processus qui utilise la thermodynamique chimique pour produire, en solution, une large gamme de matériaux de combinaison différents, chacun avec une coque de semi-conducteur monocristallin structurellement parfait autour d'un noyau métallique.
Ouyang et ses collègues chercheurs Jiatao Zhang, Yun Tang et Kwan Lee, disent que leur méthode offre une multitude d'avantages par rapport au processus existant, connu sous le nom d'épitaxie, utilisé pour créer des semi-conducteurs monocristallins et des dispositifs connexes. Le plus grand avantage de leur processus non épitaxié est peut-être qu'il évite deux contraintes clés de l'épitaxie - une limite sur l'épaisseur de la couche semi-conductrice de dépôt et une exigence stricte pour "l'appariement de réseau".
Les contraintes de la méthode épitaxiale restreignent les matériaux qui peuvent être formés avec elle. Par exemple, auteurs Ouyang, Zhang, Tang et Lee notent que les tentatives d'utilisation de l'épitaxie pour obtenir le type de nanostructures hybrides cœur-coquille qu'ils démontrent dans leur article ont été infructueuses.
« Notre processus devrait permettre la création de matériaux qui produisent des composants microélectroniques multifonctionnels hautement intégrés ; mieux, des matériaux plus performants pour les cellules photovoltaïques; et de nouveaux biomarqueurs, " dit Ouyang, qui a noté que son équipe est en train de déposer une demande de brevet. « Nous envisageons par exemple de pouvoir utiliser cette méthode pour créer de nouveaux types de cellules photovoltaïques dix fois plus efficaces pour convertir la lumière du soleil en électricité que les cellules actuelles.
"Notre méthode ne nécessite pas de salle blanche et les matériaux n'ont pas besoin d'être formés sous vide comme le font ceux fabriqués par épitaxie conventionnelle, " A déclaré Ouyang. " Ainsi, il serait également beaucoup plus simple et moins cher pour les entreprises de produire en masse des matériaux avec notre processus. "
L'épitaxie est l'une des pierres angulaires de l'industrie contemporaine des semi-conducteurs et de la nanotechnologie. Il a été considéré comme la méthode la plus abordable de croissance cristalline de haute qualité pour de nombreux matériaux semi-conducteurs, notamment le silicium-germanium, nitrure de gallium, arséniure de gallium, phosphure d'indium et graphène.
Images au microscope électronique à transmission 3D de nanostructures hybrides cœur-coquille Au-CdS possédant une coquille CdS monocristalline et diverses structures de réseau de cœur Au inégales.
Un saut quantique
La nouvelle méthode peut également être utilisée pour concevoir et fabriquer des structures quantiques artificielles qui aident les scientifiques à comprendre et à manipuler la physique de base du traitement de l'information quantique à l'échelle nanométrique, dit Ouyang, notant que lui et son équipe ont un article séparé sur les applications de la science quantique de cette méthode qu'ils s'attendent à publier dans un proche avenir.
Ce travail a été soutenu par l'Office of Naval Research, la National Science Foundation (NSF) et la Beckman Foundation. Le soutien de l'installation provenait du Maryland Nanocenter et de son imagerie à l'échelle nanométrique, Laboratoire de Spectroscopie et Propriétés, qui est soutenu en partie par la NSF en tant qu'installation d'expérimentation partagée des centres de recherche sur les matériaux et d'ingénierie.
