Дата публикации: 29.04.2021
Новый принцип улучшения
существующего класса
электронных устройств.
Изображение CC0 Public Domain.
Интересная новость из Индии может повергнуть в недоумение, но тем симпатичней она выглядит и тем больше склоняет к изучению вопроса. Речь идёт об экстравагантном решении наболевшего вопроса материаловедения в электронных технологиях.
Но давайте немного захватим предысторию. Колыбелью эры полупроводников можно считать начало 1900-х, когда был создан так называемый детектор кошачьих усов – первый полупроводниковый диод, представлявший собой кусок кристаллического минерала с касающейся его поверхности тонкой проволокой. Устройство было довольно громоздким, а по сравнению с современными электронными компонентами так и вовсе гигантскими. С тех пор технологии претерпели множество метаморфоз, было применено колоссальное количество творческих решений, и вот теперь мы дошли до микроэлектронных схем в современных мобильных телефонах. Постоянно совершенствуя размерность и количество кристаллов, мы, можно сказать, упёрлись в дно: мало того, что дальше уменьшать детали процессоров уже некуда – этот подход себя попросту исчерпал, – так ещё и материалы, на которых стоят все наши победы не менялись много десятилетий.
Таким образом, помимо повышения эффективности как обычных полупроводников вроде кремния, так и способов их использования, современные исследования по всему миру во многом сосредоточены на создании и изучении новых, более экономичных полупроводниковых веществ. Преследуя эти цели, разработка и внедрение в технологические процессы легирующих добавок на основе молекулярных и металлических комплексов уже способствовали значительному прогрессу в создании устройств на основе органических полупроводников. Однако, если нам нужен прогресс, связанный с повсеместным переходом к органическим электронным приборам большей площади, необходимо удовлетворить не только критерий экономичности, но и потребность в чистых, эффективных и недорогих легирующих добавках.
Разницу в описанных подходах можно рассмотреть на примере такой технологии, как солнечные панели, которые способны преобразовать в электрическую энергию свет нашей звезды. Поскольку это возобновляемый источник, учёные неустанно работают над повышением эффективности этих технологий. И хотя кремний и так является самым популярным полупроводником в современных солнечных элементах, многие усилия направлены на эксперименты по его комбинированию с другими элементами с целью повышения эффективности технологии в целом.
Другие же попытки внедряют абсолютно новые в рамках технологической парадигмы материалы, модифицированные для преобразования солнечного света в энергию. Нередко эти изыскания приводят к созданию соединений с куда большими, чем у кремниевых собратьев, возможностями для настройки своей структуры и функций. Тем не менее, по эффективности, они всё ещё не могут конкурировать с существующими полупроводниковыми устройствами на традиционной основе.
Однако, что наука умеет лучше всего – так это изучать и находить выход. И вот новая публикация в Nature Materials рассказывает как раз о таком успешном решении. Команде из индийского Института фундаментальных исследований Тата удалось настроить недорогие вещества для электропроводности более эффективной, чем раньше. А любопытный нюанс в том, что по составу их детище очень похоже на… пластик.
Теперь исследователи пытаются увеличить проводимость этого пластикового материала с помощью двух недорогих и легко доступных химических веществ: диметилсульфоксида ((CH3)2SO, так называемого ДМСО) и гидробромида (HBr). В результате, одним из образующихся побочных продуктов химических реакций является вода, что делает производство – в том числе промышленное – полупроводникового элемента довольно чистым. Кроме того, компоненты этой установки легко доступны и недороги, обуславливая её коммерческую жизнеспособность. Да и стоимость этого чуда в 5000 раз меньше существующего класса материала, используемого для той же цели.
Учёные, проводившие исследование во главе с Пабитрой Наяк, заметили, что это новое полупроводниковое устройство стабильно проводит электричество даже после продолжительной работы при 100°C! Демонстрация использования этого метода при изготовлении современных солнечных элементов нового поколения, транзисторов и излучателей света открывает двери для научных изысканий и разработок почти забытого качественного, а не количественного, порядка.
Плюс – нововведение привнесёт вполне осязаемые улучшения и в жизнь простого потребителя технологий. Так, хоть метод и является многообещающим для разработки следующего поколения солнечных элементов, более наглядно он может проявиться в улучшении качества изображения на экранах смартфонов и в телевидении высокой чёткости. Но самое интересное, конечно, в том, что, как считают разработчики, помимо всех перспективных плюшек, соединение может изменить правила игры при разработке устройств носимой электроники, биосенсоров и биоэлектроники.
Но пусть разработка столь нужного материала и сама по себе является хорошей новостью, всё же куда значимей то, что исследование открывает множество возможностей для изучения методик и способов создания более эффективных полупроводников. Нахождение правильного сочетания совместимых химикатов имеет основополагающее значение для дальнейшего улучшения существующего класса электронных устройств в принципе.
АРМК, по материалам Techxplore