Ανακάλυψη ημιαγωγών με καλύτερη απόδοση από το πυρίτιο

Εγώ [VIDÉO] Μπορεί επίσης να σας αρέσει αυτό το Περιεχόμενο Partner (Μετά τη διαφήμιση)

Χωρίς ημιαγωγούς, απλά δεν υπάρχει ψηφιακός (υπολογιστής, smartphone, κονσόλα παιχνιδιών κ.λπ.). Το πυρίτιο είναι το πιο εμπορικά χρησιμοποιούμενο υλικό ημιαγωγών λόγω της φυσικής αφθονίας του και του οικονομικού κόστους εφαρμογής του. Ωστόσο, οι ημιαγώγιμες ιδιότητες του απέχουν πολύ από το να είναι ιδανικές και λόγω της έλλειψης COVID-19Ψάχνετε για πολλές επιλογές. Πρόσφατα, μια ομάδα επιστημόνων στο MIT έδειξε ότι μια ουσία γνωστή ως «κυβικό αρσενίδιο του βορίου» γεμίζει κενά στο πυρίτιο και φαίνεται να είναι ίσως ο καλύτερος ημιαγωγός που είναι γνωστός σήμερα. Το επόμενο βήμα είναι να βρείτε πρακτικούς και οικονομικούς τρόπους για να το φτιάξετε.

πρέπει να ξέρετε ότι α ημιαγωγός Ένα υλικό που δεν άγει τον ηλεκτρισμό στην καθαρή του κατάσταση, αλλά το κάνει μετά από συγκεκριμένη επεξεργασία, ντόπινγκ. Αυτή η μισή αγωγιμότητα λαμβάνεται με ντόπινγκ Ν των ακαθαρσιών (για αρνητικό, γιατί προσθέτουμε) ηλεκτρόνια) ή P (για θετικό, επειδή αφαιρούνται ηλεκτρόνια): αυτό αυξάνει την αγωγιμότητα των ημιαγωγών.

Αυτή η θεραπεία χρησιμοποιείται σε περίπτωση σιλικόνηπου είναι ιδιαίτερα η βάση των φωτοβολταϊκών στοιχείων που αποτελούν ηλιακούς συλλέκτες, Η ηλεκτρική αγωγιμότητα των ημιαγωγών είναι ενδιάμεση μεταξύ αυτής των μετάλλων (καλών αγωγών) και των μονωτών. Στους υπολογιστές, αρκετοί ημιαγωγοί τοποθετούνται σε μια σειρά, εναλλάσσοντας N ντόπινγκ και Ρ ντόπινγκ, επιτρέποντας τη διέλευση ηλεκτρονίων από το ένα στο άλλο. Τα ηλεκτρόνια από τον ημιαγωγό με ντόπινγκ γεμίζουν τις «τρύπες» που αφήνει το p-doping του άλλου ημιαγωγού.

Απεικόνιση της αρχής λειτουργίας ημιαγωγών σειράς με (α) ντόπινγκ δύο ημιαγωγών και (β) διέλευση ηλεκτρονίων μεταξύ n και p. © Henry Lawrie to Trust My Science

Ωστόσο, παρόλο που η σιλικόνη χρησιμοποιείται ευρέως, οι ιδιότητές της δεν είναι ιδανικές. Αφενός, αν και επιτρέπει στα ηλεκτρόνια να περνούν εύκολα μέσα από τη δομή του, είναι πολύ λιγότερο ευνοϊκό για οπές (p ντόπινγκ), όσο πιο σκληρή είναι η διαδρομή των ηλεκτρονίων. Αυτές οι δύο ιδιότητες είναι ωστόσο σημαντικές σε ορισμένους τύπους τσιπ. Επιπλέον, το πυρίτιο δεν είναι πολύ αποτελεσματικό στη μεταφορά θερμότητας, γι’ αυτό η υπερθέρμανση και τα ακριβά συστήματα ψύξης είναι κοινά στους υπολογιστές.

READ  Η Samsung παρουσιάζει το Blade Bezel, μια οθόνη χωρίς περίγραμμα για υπολογιστές

Πρόσφατα, μια ομάδα ερευνητών από το MIT, το Πανεπιστήμιο του Χιούστον και άλλα ιδρύματα έδειξε ότι το κυβικό αρσενίδιο του βορίου ξεπερνά και τα δύο αυτά όρια. Παρέχει υψηλή κινητικότητα σε ηλεκτρόνια και οπές και έχει εξαιρετική θερμική αγωγιμότητα. Η εργασία έχει δημοσιευθεί μέσω δύο άρθρων ταυτόχρονα στο περιοδικό επιστήμη,

Αποτελέσματα που επιβεβαιώνουν προηγούμενες έρευνες

Η τρέχουσα μελέτη βασίζεται σε προηγούμενη έρευνα, συμπεριλαμβανομένης της εργασίας του David Brodeau, συν-συγγραφέα της νέας εργασίας. Ο τελευταίος προέβλεψε θεωρητικά ότι το κυβικό αρσενίδιο του βορίου θα είχε υψηλή θερμική αγωγιμότητα, περίπου 10 φορές υψηλότερη από αυτή του πυριτίου. Επιπλέον, το 2018 η ομάδα του Chen εκτίμησε επίσης ότι ήταν προικισμένο με πολύ υψηλή κινητικότητα για ηλεκτρόνια και τρύπες.” Τι κάνει αυτό το περιεχόμενο πραγματικά μοναδικό “εξηγεί την αλυσίδα στον Α” Απεσταλμένα, αυτός προσθέτει : ” Αυτό είναι σημαντικό, γιατί φυσικά στους ημιαγωγούς έχουμε ίσα θετικά και αρνητικά φορτία. Έτσι, εάν κατασκευάζετε μια συσκευή, θέλετε να έχετε ένα υλικό όπου τα ηλεκτρόνια και οι οπές ταξιδεύουν με χαμηλή αντίσταση ,

Οι ηλεκτρονικές ιδιότητες του κυβικού αρσενιδίου του βορίου είχαν αρχικά προβλεφθεί με βάση τους υπολογισμούς της συνάρτησης κβαντομηχανικής πυκνότητας που πραγματοποιήθηκαν από την ομάδα του Chen. Στη συνέχεια, αυτές οι προβλέψεις επικυρώθηκαν με πειράματα που πραγματοποιήθηκαν στο MIT χρησιμοποιώντας μεθόδους οπτικής ανίχνευσης (με μικροσκοπία παροδικής ανάκλασης) σε δείγματα που πραγματοποιήθηκαν από τον Zifeng Ren και τους συνεργάτες του στο Πανεπιστήμιο του Χιούστον.

Ο καθηγητής Shin εξηγεί: Το βασικό βήμα που καθιστά δυνατή αυτήν την ανακάλυψη είναι η πρόοδος στα συστήματα υπερταχείας συστοιχίας λέιζερ στο MIT – που αναπτύχθηκε αρχικά από τον πρώην διδακτορικό φοιτητή του MIT Bai Song. Χωρίς αυτή την τεχνολογία, δεν θα ήταν δυνατό τα ηλεκτρόνια και οι οπές να αποδείξουν την υψηλή κινητικότητα του υλικού. ,

Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, ένας από τους περιορισμούς του πυριτίου είναι η περίσσεια και η ανάγκη επένδυσης σε ακριβά συστήματα ψύξης. Για παράδειγμα, στα ηλεκτρονικά ηλεκτρικά οχήματα, το πυρίτιο αντικαθίσταται από καρβίδιο του πυριτίου, το οποίο έχει τριπλάσια θερμική αγωγιμότητα. Με απλά λόγια, απαιτεί τρεις φορές λιγότερη θέρμανση για να επιτευχθεί η ίδια απόδοση με το βασικό πυρίτιο. Ωστόσο, μέσω των πειραμάτων τους, οι συγγραφείς της μελέτης επιβεβαίωσαν τη 10 φορές υψηλότερη θερμική αγωγιμότητα του κυβικού αρσενιδίου του βορίου. Ο καθηγητής Shin εξηγεί: Φανταστείτε τι θα μπορούσε να πετύχει το αρσενίδιο του βορίου, με 10 φορές υψηλότερη θερμική αγωγιμότητα και πολύ μεγαλύτερη κινητικότητα από το πυρίτιο. αυτό μπορεί να αλλάξει το παιχνίδι ,

Ένα νέο υλικό με αναξιοποίητες δυνατότητες

Η πρόκληση τώρα είναι να βρούμε πρακτικούς τρόπους για να φτιάξουμε αυτό το υλικό σε χρησιμοποιήσιμες ποσότητες. Οι τρέχουσες μέθοδοι κατασκευής παράγουν υλικό που δεν είναι ομοιόμορφο, επομένως η ομάδα έπρεπε να βρει τρόπους να δοκιμάσει μόνο μικρές περιοχές υλικού που ήταν αρκετά παρόμοιες ώστε να παρέχει αξιόπιστα δεδομένα. Αν και έδειξε τις μεγάλες δυνατότητες αυτού του υλικού, ” Δεν ξέρουμε αν θα χρησιμοποιηθεί πραγματικά λέει ο Τσεν.

READ  Sony Studios: Η φημολογούμενη εξαγορά για το PlayStation ήταν η Square Enix | Xbox one

Το πυρίτιο είναι η κινητήρια δύναμη ολόκληρης της βιομηχανίας ηλεκτρονικών. Επιπλέον, η Ευρωπαϊκή Επιτροπή την Τρίτη, 8 Φεβρουαρίου 2022, παρουσιάζει ένα σχέδιο 42 δισεκατομμυρίων ευρώ για την ενίσχυση της παραγωγής αυτών των ηλεκτρονικών εξαρτημάτων. Θα απαιτηθεί επομένως περαιτέρω εργασία για να καθοριστεί εάν το κυβικό αρσενίδιο του βορίου μπορεί να αντικαταστήσει το απανταχού πυρίτιο.

Και ενώ οι θερμικές και ηλεκτρικές ιδιότητες βρέθηκαν εξαιρετικές, αυτό το υλικό έχει πολλές άλλες ιδιότητες που δεν έχουν ακόμη δοκιμαστεί, όπως η μακροπρόθεσμη σταθερότητά του, εξηγούν οι συγγραφείς. Ο Τσεν εξηγεί: Τώρα που οι επιθυμητές ιδιότητες του αρσενιδίου του βορίου έχουν γίνει σαφείς, υποδηλώνοντας ότι το υλικό είναι «ο καλύτερος ημιαγωγός από πολλές απόψεις», ίσως αυτό το υλικό θα λάβει περισσότερη προσοχή. ,

Ωστόσο, οι ερευνητές καταλήγουν στο συμπέρασμα ότι, στο εγγύς μέλλον, το υλικό μπορεί να έχει χρήσεις σε μέρη όπου οι μοναδικές του ιδιότητες θα κάνουν σημαντική διαφορά, εάν η βιομηχανία παρέχει τη χρηματοδότηση που απαιτείται για μια τέτοια ανάπτυξη.

Πηγή: επιστήμη

Haralambos Barberakos

"Εμπειρογνώμονας για τη δια βίου μπύρα. Βραβευμένο maven μπέικον. Μελετητής μουσικής. Οπαδός του Διαδικτύου. Buff αλκοόλ."

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται.

Back to top