Un simple, méthode verte qui applique un revêtement protecteur aux semi-conducteurs pourrait aider à développer ces matériaux pour de nombreuses applications, des batteries aux biocapteurs.

Le silicium forme une couche d'oxyde à sa surface lorsqu'il est exposé à l'air ou à l'humidité, ce qui peut nuire à ses propriétés électroniques. L'ajout d'une « peau » de molécules au silicium peut fournir une barrière physique qui empêche l'oxydation, mais former ces monocouches peut être délicat, nécessitant une atmosphère inerte et des temps de traitement longs, ou exiger l'utilisation de solvants organiques potentiellement nocifs.

Sreenivasa Reddy Puniredd de l'Institut de recherche et d'ingénierie des matériaux A*STAR et ses collègues ont maintenant développé une nouvelle façon de fournir les molécules protectrices à l'aide de dioxyde de carbone supercritique (scCO2). Le dioxyde de carbone est converti en scCO2 sous haute pression, quand il devient un liquide à écoulement libre qui est chimiquement inerte, peu coûteux, et plus respectueux de l'environnement que les solvants traditionnels.

Les chercheurs ont utilisé scCO2 pour transporter des molécules appelées alkylthiols, qui contiennent de longues chaînes carbonées avec un atome de soufre à une extrémité. Le soufre forme une liaison stable avec le silicium, tandis que les chaînes de carbone hydrofuges forment une peau bien tassée à la surface du silicium.

Pour appliquer le revêtement, ils ont utilisé des alkylthiols contenant entre sept et 18 atomes de carbone pour revêtir du silicium, germanium, et des nanofils de silicium. Chaque procédure a pris quelques heures, et produit des monocouches entre 1,6 nanomètres et 2,3 nanomètres d'épaisseur qui résistent à l'usure et repoussent l'eau. L'effet le plus important a été observé pour les chaînes alkylthiol les plus longues.

Les monocouches ont également protégé la surface de l'oxygène pendant plus de 50 jours; ceux préparés en utilisant des solvants conventionnels étaient généralement stables pendant moins de sept jours. "L'augmentation de la stabilité était attendue, mais une telle stabilité à long terme était une surprise, " dit Puniredd.

Les nanofils de silicium sont testés pour une gamme d'applications biologiques, y compris les biocapteurs et les surfaces antibactériennes. Bien que fragile et facilement endommagé par d'autres méthodes de formation de monocouche, les nanofils de silicium n'ont pas été endommagés par le procédé scCO2, permettant aux chercheurs de tester leur interaction avec les cellules hépatiques humaines. Ceux protégés par l'alkylthiol à 18 carbones ont considérablement réduit la croissance cellulaire sur les nanofils, par rapport aux nanofils non protégés ou à une surface plane en silicium. C'est probablement parce que les protéines des cellules ne pouvaient pas s'accrocher aux longues chaînes carbonées de la monocouche.

"Cette technologie scCO2 peut être adoptée pour de nombreux types de modification de surface inorganique, " dit Puniredd. " La technologie n'est pas seulement évolutive, mais améliore également la qualité et la stabilité du film. Il peut potentiellement remplacer des milliards de livres de solvants organiques utilisés chaque année dans les applications de fabrication et de nettoyage de couches minces. »