Un semplice, metodo ecologico che applica un rivestimento protettivo ai semiconduttori potrebbe aiutare a sviluppare questi materiali per molte applicazioni, dalle batterie ai biosensori.

Il silicio forma uno strato di ossido sulla sua superficie quando esposto all'aria o all'umidità, che può sminuire le sue proprietà elettroniche. L'aggiunta di una "pelle" di molecole al silicio può fornire una barriera fisica che previene l'ossidazione, ma formare questi monostrati può essere complicato, che richiedono un'atmosfera inerte e lunghi tempi di lavorazione, o richiedere l'uso di solventi organici potenzialmente dannosi.

Sreenivasa Reddy Puniredd dell'A*STAR Institute of Materials Research and Engineering e colleghi hanno ora sviluppato un nuovo modo per fornire le molecole protettive utilizzando l'anidride carbonica supercritica (scCO2). L'anidride carbonica viene convertita in scCO2 ad alta pressione, quando diventa un liquido scorrevole e chimicamente inerte, poco costoso, e più rispettosi dell'ambiente rispetto ai solventi tradizionali.

I ricercatori hanno usato scCO2 per trasportare molecole chiamate alchiltioli, che contengono lunghe catene di carbonio con un atomo di zolfo a un'estremità. Lo zolfo forma un legame stabile con il silicio, mentre le catene di carbonio idrorepellenti formano una pelle compatta sulla superficie del silicio.

Per applicare il rivestimento hanno usato alchiltioli contenenti tra sette e 18 atomi di carbonio per rivestire il silicio, germanio, e nanofili di silicio. Ogni procedura ha richiesto alcune ore, e ha prodotto monostrati tra 1,6 nanometri e 2,3 nanometri di spessore che resistono all'usura e respingono l'acqua. L'effetto maggiore è stato osservato per le catene di alchiltiolo più lunghe.

I monostrati hanno inoltre protetto la superficie dall'ossigeno per più di 50 giorni; quelli preparati utilizzando solventi convenzionali erano in genere stabili per meno di sette giorni. "L'aumento della stabilità era previsto, ma tale stabilità a lungo termine è stata una sorpresa, "dice Puniredd.

I nanofili di silicio vengono testati per una vasta gamma di applicazioni biologiche, compresi biosensori e superfici antibatteriche. Sebbene fragile e facilmente danneggiato da altri metodi di formazione del monostrato, i nanofili di silicio non sono stati danneggiati dal processo scCO2, permettendo ai ricercatori di testare come hanno interagito con le cellule epatiche umane. Quelli protetti dall'alchiltiolo a 18 atomi di carbonio hanno ridotto significativamente la crescita cellulare sui nanofili, rispetto a nanofili non protetti oa una superficie piatta in silicio. Ciò è probabilmente dovuto al fatto che le proteine ​​delle cellule non sono state in grado di attaccarsi alle lunghe catene di carbonio del monostrato.

"Questa tecnologia scCO2 può essere adottata per molti tipi di modifica della superficie inorganica, " dice Puniredd. "La tecnologia non è solo scalabile, ma migliora anche la qualità e la stabilità del film. Può potenzialmente sostituire miliardi di libbre di solventi organici utilizzati ogni anno nella fabbricazione di film sottili e nelle applicazioni di pulizia".