I chimici dell'Università del Michigan hanno sviluppato un modo più economico per realizzare film semiconduttori monocristallini, componenti al centro di tutti i nostri gadget elettrici.

I film monocristallini di semiconduttori inorganici sono il fondamento di quasi tutta l'elettronica, compresi gli smartphone, computer e pannelli solari. I circuiti integrati più veloci sono caratterizzati da transistor costituiti da pellicole di germanio su silicio. Ma tali materiali sono in genere preparati solo a temperature elevate, con macchinari complessi che coinvolgono gas pericolosi.

Il team dell'UM, guidato da Stefano Maldonado, professore associato di chimica, ha inventato un metodo per sintetizzare e depositare simultaneamente film di semiconduttori cristallini da acqua a temperatura ambiente utilizzando apparecchiature che possono essere assemblate per pochi dollari.

"Il nostro metodo non richiede calore in eccesso, e tutto è fatto in una soluzione acquosa, quindi non stiamo usando alcun precursore tossico, " ha detto Maldonado. "E lo stiamo facendo senza sacrificare alcuna qualità nella cristallinità del materiale, che di solito è il compromesso."

Per fare questo, Maldonado e la sua squadra fanno una magra, pellicola di metallo liquido che poggia su un substrato che collegano a un alimentatore. Quando elettrizzano il film metallico, le molecole sulla superficie di quel film, se sono in contatto con l'acqua, possono essere ridotte nelle loro parti elementari. In questo caso, unità di ossido di germanio disciolto vengono trasformate in atomi di germanio che si dissolvono nel film di metallo liquido.

"Se il film di metallo liquido è abbastanza sottile, gli atomi di germanio precipiteranno fuori, ma selettivamente nella parte inferiore e come un film cristallino uniforme." Ha detto Maldonado. "La cosa bella di questo è che stiamo prendendo un precursore ossidato, come quello che troveresti in natura, e in una fase del processo, possiamo produrre un film tecnologicamente rilevante che sia un grande cristallo contiguo".

Maldonado ha detto che i prossimi passi della sua squadra saranno fare lo stesso processo con il silicio. La chimica è più sfumata ma il principio è lo stesso.

In definitiva, senza macchinari complessi e alte temperature, Il processo di Maldonado potrebbe fornire un più economico, modo più ecologico di produrre semiconduttori.

"C'è una ragione per cui tutti sulla faccia di questo pianeta non hanno accesso all'elettronica avanzata, " ha detto Maldonado. "La realizzazione di dispositivi a semiconduttore ad alte prestazioni richiede un'infrastruttura sostanziale".

"Questo processo, in termini di elementi chiave, stiamo parlando di cose che puoi ottenere su RadioShack. Non hai bisogno di alte temperature, non hai bisogno di macchinari elaborati. Hai solo bisogno di un mezzo per disegnare e misurare una corrente, ma l'elettronica che potresti letteralmente mettere insieme per $ 20. Questo lavoro è un passo verso un'industria manifatturiera di semiconduttori che potrebbe essere gestita da chiunque, ovunque."

La ricerca del team è pubblicata su Giornale della Società Chimica Americana .