I ricercatori che esaminano il flusso di elettricità attraverso i semiconduttori hanno scoperto un'altra ragione per cui questi materiali sembrano perdere la capacità di trasportare una carica man mano che diventano più "drogate". I loro risultati, che potrebbe aiutare gli ingegneri a progettare semiconduttori più veloci in futuro, sono pubblicati online sulla rivista ACS Nano .

I semiconduttori si trovano in quasi tutti i componenti dell'elettronica moderna, dai computer ai televisori al cellulare. Cadono da qualche parte tra i metalli, che conducono molto bene l'elettricità, e isolanti come il vetro che non conducono affatto elettricità. Questa proprietà di conduzione moderata è ciò che consente ai semiconduttori di funzionare come interruttori e transistor nell'elettronica.

Il materiale più comune per i semiconduttori è il silicio, che viene estratto dalla terra e poi raffinato e purificato. Ma il silicio puro non conduce elettricità, quindi il materiale viene volutamente e precisamente adulterato mediante l'aggiunta di altre sostanze note come droganti. Gli ioni di boro e fosforo sono comuni droganti aggiunti ai semiconduttori a base di silicio che consentono loro di condurre elettricità.

Ma la quantità di drogante aggiunta a un semiconduttore è importante:troppo poco drogante e il semiconduttore non sarà in grado di condurre elettricità. Troppo drogante e il semiconduttore diventa più simile a un isolante non conduttivo.

"C'è un punto debole quando si tratta di doping in cui la giusta quantità consente la conduzione efficiente dell'elettricità, ma dopo un certo punto, l'aggiunta di più droganti rallenta il flusso, "dice Preston Snee, professore associato di chimica presso l'Università dell'Illinois a Chicago e autore corrispondente dell'articolo.

"Per molto tempo gli scienziati hanno pensato che il motivo per cui la conduzione efficiente dell'elettricità diminuisse con l'aggiunta di più droganti fosse perché questi droganti facevano deviare gli elettroni in movimento, ma abbiamo scoperto che c'è anche un altro modo in cui troppi droganti impediscono il flusso di elettricità".

starnuto, Asra Hassan, studentessa di chimica dell'UIC, e i loro colleghi volevano dare un'occhiata più da vicino a cosa succede quando l'elettricità scorre attraverso un semiconduttore.

Utilizzando la sorgente di fotoni avanzati Argonne National Laboratory, sono stati in grado di catturare immagini a raggi X di ciò che accade a livello atomico all'interno di un semiconduttore. Hanno usato minuscoli frammenti di solfuro di cadmio per la loro "base" di semiconduttori e li hanno drogati con ioni di rame. Invece di cablare i minuscoli chip per l'elettricità, hanno generato un flusso di elettroni attraverso i semiconduttori sparandoli con un potente raggio laser blu. Allo stesso tempo, hanno scattato foto a raggi X ad altissima energia dei semiconduttori a milionesimi di microsecondo l'uno dall'altro, che hanno mostrato cosa stava accadendo a livello atomico in tempo reale mentre gli elettroni scorrevano attraverso i semiconduttori drogati.

Hanno scoperto che quando gli elettroni scorrevano attraverso, gli ioni di rame formano legami transitori con la base del semiconduttore di solfato di cadmio, che è dannoso per la conduzione.

"Questo non è mai stato visto prima, " disse Hassan. "Gli elettroni stanno ancora rimbalzando sui droganti, che già sapevamo, ma ora sappiamo di questo altro processo che contribuisce a impedire il flusso di elettricità nei semiconduttori troppo drogati".

Il legame degli ioni droganti al materiale di base del semiconduttore "fa sì che la corrente si blocchi sui droganti, che non vogliamo nella nostra elettronica, soprattutto se vogliamo che siano veloci ed efficienti, " ha detto. "Tuttavia, ora che sappiamo che questo sta accadendo all'interno del materiale, possiamo progettare sistemi più intelligenti che minimizzino questo effetto, che chiamiamo "modulazione della portante di carica del legame drogante".