Революция в мире полупроводников: найден новый способ производства микроэлементов в электронике

Ученые придумали новый способ, при котором элементы «растут» из свободно подвешенных наночастиц золота в потоке газа

Совершенно новый метод производства мельчайших элементов в электронике может сделать их создание в тысячи раз более быстрым, при этом стоимость производства полупроводников упадет в десятки раз. Это открытие было опубликовано в последнем номере журнала Nature.

Вместо привычных кремниевых пластин или других подложек, которые используются сегодня, ученые придумали новый способ, при котором элементы «растут» из свободно подвешенных наночастиц золота в потоке газа.

Во главе открытия стоит профессор физики полупроводников в Университете Лунда в Швеции, а также глава консорциума по наноструктурам в том же университете Ларс Самуэльсон. Он считает, что коммерческая реализация этой технологии станет возможной в срок от двух до четырех лет. Опытный образец для солнечных панелей будет готов через два года.

«Когда мне впервые пришла в голову идея избавиться от подложек, все говорили, что я сошел с ума, и это никогда не будет работать. Когда мы протестировали этот принцип в одной из созданных нами печей при температуре 400°C, результаты превзошли все наши ожидания, – говорит он. – Основная идея заключалась в том, чтобы позволить наночастицам золота служить в качестве подложки, из которой растут полупроводники. Это значит, что мы перевернули с ног на голову общепринятые концепции!».

С тех пор технология была усовершенствована, были получены патенты и произведены дальнейшие исследования. В статье журнала Nature исследователи продемонстрировали, как можно контролировать рост с помощью температуры, времени и размера наночастиц золота.

Недавно они также разработали опытный образец механизма со специальной печью. С помощью серии таких печей исследователи планируют «выпечь» нанопровода (так называются эти элементы) и создать на их основе различные варианты, например, диоды с p-n переходом. В дальнейшем эта технология позволит отказаться от дорогостоящих полупроводниковых пластин.

«Вдобавок сам процесс не такой уж быстрый, он требует времени. Традиционное производство подложек осуществляется партиями, и поэтому он отнимает намного больше времени», – добавил Ларс Самуэльсон.

В настоящее время ученые работают над созданием эффективного метода, который позволил бы захватывать нанопровода и делать их самоформируемыми заданным образом на определенной поверхности. Это могут быть стекло, сталь или другие материалы, подходящие для этих целей. Единственная причина, по которой никто раньше не протестировал этот метод, по мнению профессора Самуэльсона, состоит в том, что он слишком прост и очевиден. В таких вещах обычно трудно поверить в успех.

Однако исследователи из Лунда начали эту работу благодаря параллельному исследованию, основанному на инновационном методе производства нанопроводов на полупроводниковых пластинах, известном как эпитаксия; соответственно, исследователи назвали новый метод аэротаксией. Вместо того чтобы вырезать элементы из кремния или другого полупроводникового материала, этим элементам позволяют расти – атомный слой за атомным слоем – благодаря контролируемой самоорганизации.

Эти элементы называют нанопроводами или наностержнями. Открытие этих полупроводников произошло в 2002 году, первоначально их исследование велось в университетах Лунда, Беркли и Гарварда.

Исследователи из Лунда специализируются на изучении физических и электрических свойств этих проводов, которые позволяют создавать лучшие и более энергоэффективные солнечные панели, светодиоды, батареи и другое электронное оборудование, которое сегодня является частью нашей жизни.

Помимо Ларса Самуэльсона другими авторами исследования являются Магнус Херлин, Мартин Магнуссон, Дэвид Линдгрен, Мартин Эк, Рейне Валленберг и Кнут Депперт. Все они работают в Университете Лунда, кроме Мартина Магнуссона, который работает в недавно созданной компании Sol Voltaics AB.

Полупроводники – это материалы, которые не проводят электричество так же хорошо, как металлы, но и не останавливают ток так же эффективно, как изоляционные материалы. Примерами полупроводников являются кремний и германий. Возможно, их свойства звучат не очень привлекательно, но на самом деле они просто незаменимы. Причина этого в том, что мы можем влиять на проводимость этих материалов – например, внедряя инородные атомы, что известно как допирование. Материалы с разными видами допирования можно комбинировать для производства таких видов продукции, как транзисторы, солнечные батареи или светодиоды.