جدیدروشی جدید برای ساخت فیلم‌های نازک چسبیده روی هم با ضخامت در حد چند اتم! Scientists make atoms-thick ‘Post-It notes’ for solar cells and circuits
فیلم نازک
روشی جدید برای ساخت فیلم‌های نازک چسبیده روی هم با ضخامت در حد چند اتم!
Scientists make atoms-thick ‘Post-It notes’ for solar cells and circuits
تحولی جدید در سلول‌های خورشیدی و مدارها
پژوهشی جدید، روشی نوین برای ساخت لایه های نیمه هادی که تنها ضخامتی در حد چند اتم دارند را بیان کرده است. این روش، روشی ساده و ارزان برای ساخت لایه های نازک و یکنواخت از این مواد را به دانشمندان و مهندسین پیشنهاد می‌دهد که می‌تواند ظرفیت دستگاه‌های مختلف، از سلول‌های خورشیدی تا گوشی‌های موبایل را گسترش دهد.
——————————————————–
ترجمه از گروه ترجمه ایران مواد
حرفه ای ترین تیم ترجمه مهندسی مواد کشور
———————————————————
در طی نیم قرن گذشته، دانشمندان فیلم‌های نازک سیلیسیومی در حد ضخامت اتم را با هدف رسیدن به دستگاه‌های الکترونیکی کوچک‌تر و سریع‌تر، ساخته‌اند. برای پیشرفت‌های آینده نیز نیاز به حرکت در همین جهت و روش‌هایی جدید برای ساخت دستگاه‌هایی نازک‌تر و قدرتمندتر می‌باشد.
مطالعه‌ای توسط محققین دانشگاه شیکاگو در ۲۰ سپتامبر در مجله‌ی Nature به چاپ رسید که روشی نوین را برای ساخت لایه های نازک روی هم قرار گرفته از نیمه‌هادی‌ها با ضخامت تنها چند اتم، بیان می‌کند. این روش، روشی ساده و ارزان برای ساخت لایه‌های نازک و یکنواخت از این مواد را به دانشمندان و مهندسین پیشنهاد می‌دهد که می‌تواند ظرفیت دستگاه‌های مختلف از سلول‌های خورشیدی تا گوشی‌های موبایل را گسترش دهد.
توانایی قرار دادن لایه های بسیار نازک از مواد روی یک‌دیگر، امکان ساخت دستگاه‌های الکترونیکی با خواص منحصر به فردی را ایجاد می‌کند. ولی فرآیند ساخت و تولید چنین لایه های نازکی، بسیار آسیب‌پذیر بوده و جلوگیری از خطا در آن بسیار دشوار می‌باشد.
پروفسور Jiwoong Park عضو هیات علمی دانشگاه شیکاگو در این باره گفت: “برای درک درست ابعاد و دشواری مسئله، تصور کنید که سعی در ساخت صفحه‌ای پلاستیکی به اندازه‌ی شیکاگو و بدون هیچ حبابی در آن دارید. زمانی که خود ماده در ابعاد اتمی می‌باشد، کوچک‌ترین انحرافی در چینش اتم‌ها، مشکل‌ساز می‌باشد.”
امروزه به جای قرار دادن این لایه های اتمی روی هم، آن‌ها را رشد می‌دهند. ولی این کار به معنی اعمال شرایط سخت رشد مانند دمای بالا به لایه های پایینی و اضافه شدن لایه‌های جدید می‌باشد که این فرآیند منجر به محدودیت در مواد با قابلیت استفاده در این روش می‌شود.
تیم پژوهشی Park فیلم‌های نازک را به طور مجزا ساخته و سپس در خلا آن را ورقه ورقه کرده و مانند کاغد یادداشت‌های چسبی آن‌ها را روی یک‌دیگر می‌چسبانند. این روش اجازه‌ی ساخت فیلم‌های نازکی که به جای پیوندهای کوالانت قوی با اتصالاتی ضعیف به هم متصلند را به دانشمندان می‌دهد که تاثیر کمتری روی یک‌دیگر داشته و سطح بسیار عالی بین صفحات وجود دارد.
Kan-Heng Lee دانشجوی فارغ‌التحصیل دانشگاه شیکاگو، خواص الکتریکی این مواد را با قرار دادن آن‌ها در دستگاه‌های الکتریکی مورد آزمون قرار داده و نشان داد که اهداف و کاربردهای آن‌ها را می‌تواند در مقیاس اتمی طراحی کرد که این خاصیت می‌تواند این مواد را به جزئی ضروری برای تراشه‌ها کامپیوترهای آینده تبدیل کند.
این روش، امکان‌های بسیاری را برای چنین لایه هایی فراهم می‌سازد. این فیلم‌ها می‌توانند روی آب یا پلاستیک ساخته شوند. همچنین می‌توان با غوطه‌ور کردن آن‌ها در آب، از هم باز شوند و می‌توان آن‌ها را با پرتوی یونی، الگودهی یا حکاکی کرد. محققین به دنبال کشف کارهای دیگری که با این روش ارزان و آسان می‌توان انجام داد، هستند.
Park در نهایت گفت: “ما انتظار داریم که با ایجاد امکان انجام این روش در مقیاس‌های بزرگ تولید، این روش منجر به تسریع کشف مواد نوین شود.”
منبع: www.sciencedaily.com
مترجم : امیر اشجاری
Scientists make atoms-thick ‘Post-It notes’ for solar cells and circuits
A new study describes an innovative method to make stacks of semiconductors just a few atoms thick. The technique offers scientists and engineers a simple, cost-effective method to make thin, uniform layers of these materials, which could expand capabilities for devices from solar cells to cell phones.
This is a schematic diagram (left) and electron microscope image (right) of a stacked set of semiconductor films, made using the Park lab’s new technique.
Over the past half-century, scientists have shaved silicon films down to just a wisp of atoms in pursuit of smaller, faster electronics. For the next set of breakthroughs, though, they’ll need novel ways to build even tinier and more powerful devices.
A study led by UChicago researchers, published Sept. 20 in Nature, describes an innovative method to make stacks of semiconductors just a few atoms thick. The technique offers scientists and engineers a simple, cost-effective method to make thin, uniform layers of these materials, which could expand capabilities for devices from solar cells to cell phones.
Stacking thin layers of materials offers a range of possibilities for making electronic devices with unique properties. But manufacturing such films is a delicate process, with little room for error.
“The scale of the problem we’re looking at is, imagine trying to lay down a flat sheet of plastic wrap the size of Chicago without getting any air bubbles in it,” said Jiwoong Park, a UChicago professor with the Department of Chemistry, the Institute for Molecular Engineering and the James Franck Institute, who led the study. “When the material itself is just atoms thick, every little stray atom is a problem.”
Today, these layers are “grown” instead of stacking them on top of one another. But that means the bottom layers have to be subjected to harsh growth conditions such as high temperatures while the new ones are added — a process that limits the materials with which to make them.
Park’s team instead made the films individually. Then they put them into a vacuum, peeled them off and stuck them to one another, like Post-It notes. This allowed the scientists to make films that were connected with weak bonds instead of stronger covalent bonds — interfering less with the perfect surfaces between the layers.
“The films, vertically controlled at the atomic-level, are exceptionally high-quality over entire wafers,” said Kibum Kang, a postdoctoral associate who was the first author of the study.
Kan-Heng Lee, a graduate student and co-first author of the study, then tested the films’ electrical properties by making them into devices and showed that their functions can be designed on the atomic scale, which could allow them to serve as the essential ingredient for future computer chips.
The method opens up a myriad of possibilities for such films. They can be made on top of water or plastics; they can be made to detach by dipping them into water; and they can be carved or patterned with an ion beam. Researchers are exploring the full range of what can be done with the method, which they said is simple and cost-effective.
“We expect this new method to accelerate the discovery of novel materials, as well as enabling large-scale manufacturing,” Park said.
دیدگاه کاربران