Pooljuhtkiud on purunemisvabad ja klaasiga kaetud – Physics World

Singapuri ja Hiina teadlased on klaaskatte sees tootnud ülipikki murduvabasid pooljuhtkiude. Söövitades klaasi maha ja asendades selle metalltraatidega varustatud painduva polümeerkattega, suutsid teadlased toota mikroskaala kiude, mida sai tekstiiliks kedrata. Tööl, mis põhineb pikaajalisel kiupõhise elektroonika tootmisel, võib olla rakendusi nutikates rõivastes, meditsiiniseadmetes ja potentsiaalselt fotoonikas.

Esimesed optilise klaasi sees pooljuhti sisaldavad kiud töötas välja keemik John Badding USA Pennsylvania osariigi ülikoolist pärast Ühendkuningriigis Southamptoni ülikoolis toimunud hingamispäeva. Ta kasutas kõrgsurve keemilist aurustamist, et asetada erinevad materjalid õõnestuumalise optilise kiu sisse. "[Badding] tuli minu juurde ja küsis: "Kas see on hea?" ja ma ütlesin: "Sa teed minuga nalja, see on hämmastav!" ja alustasime koostööd,” ütleb materjaliteadlane ja insener Venkatraman Gopalan, ka Penn State'ist. Seda tehnikat takistas aga kiudude aeglane tootmiskiirus ja koostöö lõppes pärast Baddingi äkilist surma 57-aastasena 2019. aastal.

in 2008 John Ballato Lõuna-Carolina Clemsoni ülikoolis töötas välja sulatuuma meetodi räni ja germaaniumi optiliste kiudude tootmiseks. Neid kahte materjali kuumutatakse üle 1000 °C sulamistemperatuuri. Seejärel süstitakse sularäni klaasi, kui see tõmmatakse kiuks, ja kui need kaks jahtuvad, ümbritseb üks tahke aine teist. See meetod võimaldab toota kümneid meetreid iga minut ning kiud on äratanud huvi meditsiinilaserite, mittelineaarse optika ja mitmesuguste muude rakenduste vastu. Üks probleem on see, et pooljuhi ja klaasi soojuspaisumise koefitsientide erinevused põhjustavad pooljuhi jahtumisel purunemise. See tekitab optilisi kadusid ja muudab klaasi eemaldamise võimatuks ilma kiudude lagunemiseta.

Uue uuringu läbimurdmine

Uues töös viisid Singapuri Nanyangi tehnikaülikooli, Hiina Jilini ülikooli ja mujal tegutsevad teadlased selle pragunemise kohta põhjaliku uuringu. "Tegime koostööd mehaanikaekspertidega, kes aitasid meil selgitada, millised on võtmetegurid," ütleb Lei Wei Nanyangi tehnikaülikoolist. See parem teoreetiline arusaam võimaldas teadlastel valida näiteks germaaniumi katmiseks alumiiniumsilikaatklaasi. Tulemuseks olid pikad pooljuhttraadid, mis olid ümbritsetud klaasiga, ilma pragudeta.

Tulevikus usuvad teadlased, et need klaasiga kaetud kiud võivad olla fotoonikas kasulikud. Käesolevas artiklis söövitasid nad aga klaasi, et ränijuhtmed jäid alla 100 mikroni paksuseks. "Elektroonika puhul pooljuht üksi ei tööta, pooljuhiga rääkimiseks peavad meil olema metallkontaktid," ütleb Wei. Seetõttu kasutasid nad madala temperatuuriga protsessi, et kinnitada pooljuhi külge kaks juhtivasse polümeeri sisestatud metalltraati ja ühendada kolm juhet isoleerivasse polümeeri. Tulemuseks oli painduv optoelektrooniline kiud, mida sai lõngaks kedrata.

Meeskond valmistas mitmeid seadmeid, mis sisaldasid nende lõnga, mis oli põimitud teiste tekstiilidega. Üheks näiteks oli nokamüts, mis suudab tuvastada valgusfoori valgust ja tekitada mobiiltelefoni vibratsioonisignaali, mis näitab, kas signaal on punane või roheline. See võib nende arvates aidata nägemispuudega inimest. Teine oli nutikella rihm, millega sai mõõta inimese südamerütmi.

Järgmine võiks olla pestav transistor

Samuti näitasid nad, et tehnoloogial on praktiline vastupidavus. "Me paneme oma seadme pesumasinasse... Saame seda mitu korda pesta ja see säilitab endiselt oma esialgse jõudluse," ütleb Lei Wei. Teadlased üritavad nüüd valmistada kiu sees transistori, et võimaldada elektrooniliste vooluringide otsesemat lisamist.

Töötati välja integreeritud pooljuhtühendustega optilised kiud

Ballato on uurimistööst entusiastlik. "Olen seda gruppi tundnud 15 aastat, nii et ma ei ole üllatunud selle töö suurepärasest tasemest," ütleb ta. "Nad on suutnud võtta need olulised, kuid mõnevõrra akadeemilised kontseptsioonid ja taandada need praktikasse väga kasulikul ja olulisel viisil, mis kinnitab kiudude mastaapsust."

Talle avaldab enim muljet meeskonna oskus kombineerida erinevaid töötlemistingimusi nõudvaid materjale ühtseks struktuuriks. "Selle uue tööriistakomplektiga on nad kõigist teistest ees, kui suudavad neid kasutada praktiliste ja funktsionaalsete seadmete väljatöötamiseks, " ütleb ta.

"See on väga põnev – John [Badding] oleks seda nähes vaimustuses olnud!" ütleb Gopalan. Ta usub, et tuvastuse ja pildistamise jaoks on see tehnika paljulubav, kuigi ta ütleb, et praegused kiud oleksid signaali edastamisel praktiliseks kasutamiseks liiga paksud, ja kahtlustab, et sulatuuma protsess ei pruugi olla võimeline tootma piisavalt puhtaid õhukesi kiude. signaali edastamine üldse. Järgmine samm on "nende kiudude põhiliste elektrooniliste ja optiliste omaduste põhjalik iseloomustamine," ütleb ta: "See määrab, kus rakendused võivad asuda."

Valmistamisprotsessi on kirjeldatud artiklis loodus.

• SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
• PlatoData.Network Vertikaalne generatiivne Ai. Jõustage ennast. Juurdepääs siia.
• PlatoAiStream. Web3 luure. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
• PlatoESG. Süsinik, CleanTech, Energia, Keskkond päikeseenergia, Jäätmekäitluse. Juurdepääs siia.
• PlatoTervis. Biotehnoloogia ja kliiniliste uuringute luureandmed. Juurdepääs siia.
• Allikas: https://physicsworld.com/a/semiconductor-fibres-are-fracture-free-and-glass-clad/