De afgelopen 50 jaar hebben wetenschappers en fabrikant steeds dunnere siliciumfilms gemaakt van 10 micrometer (1970) tot 15 nanometer (2017) in het nastreven van kleinere, snellere elektronica. Voor de volgende set doorbraken zullen ze echter nieuwe manieren nodig hebben om zelfs kleinere, zuinigere en krachtiger apparaten te bouwen.

Een studie onder leiding van onderzoekers van de universiteit van Chicago beschrijft een innovatieve methode om stapels halfgeleiders slechts een paar atomen dik te maken. De techniek biedt wetenschappers en ingenieurs een eenvoudige, kosteneffectieve methode om dunne, uniforme lagen van deze materialen te maken, waardoor mogelijkheden voor apparaten van zonnecellen naar mobiele telefoons kunnen worden uitgebreid.

Gestapelde dunne lagen materialen bieden een scala aan mogelijkheden om elektronische apparaten met unieke eigenschappen te maken. Maar het produceren van dergelijke films is een delicaat proces, met weinig marge voor fouten.

“De schaal van het probleem waarnaar we kijken, is dat we cellofaan om een kantoorgebouw heen willen doen zonder er luchtbellen in te krijgen. Als het materiaal zelf net de dikte van atomen is, is elk klein verdwaald atoom een ​​probleem.”

Vandaag worden deze lagen “gegroeid” in plaats van elkaar op elkaar te stapelen. Maar dat betekent dat de onderste lagen onderhevig zijn aan sterke groeifactoren zoals hoge temperaturen, terwijl de nieuwe worden toegevoegd – een proces dat de materialen beperkt waarmee ze kunnen worden gemaakt.

Park’s team maakte in plaats daarvan de films individueel. Toen zetten ze ze in een vacuüm, dekte ze af en stak ze aan elkaar, zoals Post-It-notities. Dit zorgde ervoor dat de wetenschappers films maken die verband houden met zwakke bindingen in plaats van sterkere bindingen – minder inmenging met de perfecte oppervlakken tussen de lagen.

“De films, verticaal gecontroleerd op het atoomniveau, zijn uitzonderlijk hoogwaardig over hele wafels.”

Kan-Heng Lee, een afgestudeerde student en mede-eerste auteur van de studie, testte vervolgens de elektrische eigenschappen van de films door ze in apparaten te maken en laten zien dat hun functies op de atomaire schaal kunnen worden ontworpen, waardoor ze kunnen dienen als de essentieel ingrediënt voor toekomstige computer chips.

De methode opent een groot aantal mogelijkheden voor dergelijke films. Ze kunnen op water of kunststof worden gemaakt; ze kunnen worden losgemaakt door ze in water te laten dompelen; en ze kunnen worden gesneden of gevormd met een ionenbundel. Onderzoekers onderzoeken het volledige gamma van wat er met de methode kan worden gedaan, die ze zeggen is eenvoudig en kosteneffectief.

“We verwachten dat deze nieuwe methode de ontdekking van nieuwe materialen zal versnellen, maar ook op grote schaal productie mogelijk maken.”

Bron