I ricercatori del Missouri S&T hanno trovato un'esperienza senza precedenti, metodo economico per la creazione di film sottili inorganici ad alte prestazioni, o film "epitassiali", utilizzato nella produzione di semiconduttori per l'elettronica flessibile, LED e celle solari.

La ricerca è pubblicata oggi in Scienza nell'articolo intitolato "Spin Coating Epitaaxial Films".

"Abbiamo escogitato un metodo semplicissimo che non è mai stato fatto prima per realizzare questi film da una soluzione che utilizza macchine per la verniciatura a rotazione commerciali, " dice il dottor Jay Switzer, il Donald L. Castleman / Foundation for Chemical Research Professor of Discovery in Chemistry presso Missouri S&T. "Si tratta di un percorso economico e facilmente accessibile verso materiali simili a cristalli singoli che dovrebbero esibire proprietà elettroniche e ottiche superiori.

"In particolare, il nostro lavoro con depositi epitassiali altamente ordinati del materiale perovskite bromuro di cesio piombo, un nuovo semiconduttore utilizzato in celle solari fotovoltaiche ad alta efficienza, sta per aumentare l'efficienza delle celle solari prodotte con questo materiale, "Svizzera aggiunge.

L'epitassia è la crescita dei cristalli, o film sottili, il cui orientamento è determinato dal substrato cristallino su cui sono stratificati. Quando la struttura atomica di questi cristalli si allinea perfettamente con il loro substrato, il risultato finale è un film con proprietà elettroniche e ottiche superiori, rivaleggiando con gli attributi dei cristalli singoli più costosi.

Fino ad ora, lo spin coating è stato utilizzato principalmente per realizzare rivestimenti polimerici litografici o per depositare pellicole di semiconduttori organici su substrati, ma i film risultanti sono stati o policristallini o senza struttura cristallina, non epitassiali con il livello di perfezione ricercato necessario per l'elettronica all'avanguardia di oggi.

"Abbiamo imparato a usare lo spin coating per realizzare film e nanocristalli altamente orientati su una varietà di substrati inorganici, " dice Switzer. "Finora, film epitassiali atomicamente perfetti sono stati realizzati con diversi altri metodi, e alcuni di questi sono molto costosi e richiedono un vuoto ultra alto".

Questi metodi includono l'epitassia a fascio molecolare (MBE), deposizione chimica da vapore, epitassia in fase liquida, lavorazione idrotermale, deposizione ed elettrodeposizione in bagno chimico. Secondo il programma Small Business Innovation Research (SBIR), Le macchine MBE costano circa $ 1 milione e molto di più per i sistemi di produzione più grandi; e Swiss dice, ogni macchina MBE deve essere dedicata ad un solo materiale. Altri metodi epitassiali sono limitati dai requisiti di alta temperatura e pressione.

In un biennio, il team di ricerca ha mostrato che film epitassiali di materiali inorganici come ioduro di piombo, ossido di zinco, le strutture cristalline di cloruro di sodio e perovskite potrebbero essere depositate su cristalli singoli o substrati comparabili semplicemente rivestendo per rotazione le loro soluzioni o precursori dei materiali.