Суббота 22 февраля 2020 года
Мы
в соцсетях

 

Вы здесь:  Главная» Все новости» Технологии» Фундаментальное свойство галоидных перовскитов может открыть новый мир в производстве полупроводников


Фундаментальное свойство галоидных перовскитов может открыть новый мир в производстве полупроводников

Суббота, 25 Января 2020 11:10
Фундаментальное свойство галоидных перовскитов может открыть новый мир в производстве полупроводников Фото из открытых источников

Новое исследование показывает, что все галоидные перовскиты по своей природе нестабильны, требуя большого внимания к окружающей среде. Ученые Калифорнийского университета в Беркли создали синий светоизлучающий диод (LED) из модного нового полупроводникового материала-галогенида перовскита, преодолев серьезный барьер на пути использования этих дешевых, простых в изготовлении материалов в электронных устройствах.

 

При этом, однако, исследователи обнаружили фундаментальное свойство галоидных перовскитов, которое может оказаться препятствием для их широкого использования в качестве солнечных элементов и транзисторов.

 

В качестве альтернативы, это уникальное свойство может открыть целый новый мир для перовскитов далеко за пределами сегодняшних стандартных полупроводников.

 

Кристаллическая структура сине-излучающего галогенида перовскита изменяется при нагревании от комнатной температуры, 26 градусов Цельсия, до 170 градусов Цельсия, типичной рабочей температуры электронного устройства. Структурное изменение изменяет длину волны света, изменяя его от голубого к сине-зеленому, неприемлемая нестабильность в электронике. 

 

В статье, опубликованной 24 января 2020 года в журнале Science Advances , американский химик из Беркли Пэйдонг Янг и его коллеги показали, что кристаллическая структура галогенидов перовскитов изменяется с температурой, влажностью и химической средой, нарушая их оптические и электронные свойства. Без тщательного контроля физико-химической среды перовскитные устройства по своей сути нестабильны. Это не является серьезной проблемой для традиционных полупроводников.

 

"Некоторые люди могут сказать, что это ограничение. Для меня это отличная возможность. Это новая физика: новый класс полупроводников, которые можно легко реконфигурировать в зависимости от того, в какую среду вы их помещаете. Они могут быть действительно хорошим датчиком, возможно, действительно хорошим фотопроводником, потому что они будут очень чувствительны в своей реакции на свет и химические вещества”, - сказал Ян, почетный председатель Отделения энергетики в колледже химии и директор Института энергетических Нанонаук Кавли.

 

Современные полупроводники, изготовленные из нитрида кремния или галлия, очень стабильны в диапазоне температур, прежде всего потому, что их кристаллические структуры удерживаются вместе сильными ковалентными связями. Кристаллы галоидного перовскита удерживаются вместе более слабыми ионными связями, как в кристалле соли. Это означает, что они более восприимчивы к влажности, теплу и другим условиям окружающей среды.

 

“Эта статья не просто демонстрирует, что мы сделали этот синий светодиод. Мы также говорим людям, что нам действительно нужно обратить внимание на структурную эволюцию перовскитов во время работы устройства, каждый раз, когда вы приводите эти перовскиты с электрическим током, будь то светодиод, солнечный элемент или транзистор. Это внутреннее свойство этого нового класса полупроводников и влияет на любой потенциальный оптоэлектронный прибор в будущем используя этот класс материала”, - сказал Ян, который является старшим ученым факультета в Национальной лаборатории Лоуренса Беркли (Berkeley Lab) и профессором материаловедения и инженерии в Калифорнийском университете в Беркли.

 

Создание полупроводниковых диодов, которые излучают синий свет, всегда было проблемой, сказал Ян. Нобелевская премия по физике 2014 года была присуждена за прорывное создание эффективных синих светоизлучающих диодов из нитрида галлия. Диоды, излучающие свет при протекании через них электрического тока, являются оптоэлектронными компонентами в волоконно-оптических цепях, а также светодиодами общего назначения.

 

С тех пор как галоидные перовскиты впервые привлекли широкое внимание в 2009 году, когда японские ученые обнаружили, что они делают высокоэффективные солнечные элементы, эти легко изготовленные, недорогие кристаллы возбудили исследователей. До сих пор были продемонстрированы красно - и зеленые излучающие диоды, но не синие. Галогенные перовскитные синие диоды были нестабильны — то есть их цвет смещается к более длинным, более красным длинам волн.

 

Как выяснили Ян и его коллеги, это связано с уникальной природой кристаллической структуры перовскитов. Галоидные перовскиты состоят из металла, такого как свинец или олово, равного количества более крупных атомов, таких как цезий, и в три раза большего количества галоидных атомов, таких как хлор, бром или йод.

 

Когда эти элементы смешиваются вместе в растворе, а затем высушиваются, атомы собираются в кристалл, точно так же, как соль кристаллизуется из морской воды. Используя новую методику и ингредиенты цезий, свинец и бром, химики Калифорнийского университета в Беркли и лаборатории Беркли создали кристаллы перовскита, которые излучают синий свет, а затем бомбардировали их рентгеновскими лучами в Стэнфордском линейном ускорительном центре (SLAC) для определения их кристаллической структуры при различных температурах. Они обнаружили, что при нагревании от комнатной температуры (около 300 Кельвинов) до примерно 450 Кельвинов, общей рабочей температуры для полупроводников, раздавленная структура кристалла расширилась и в конечном итоге возникла новая орторомбическая или тетрагональная конфигурация.

 

Поскольку свет, испускаемый этими кристаллами, зависит от расположения и расстояния между атомами, цвет также изменяется с температурой. Кристалл перовскита, испускавший синий свет (длина волны 450 нанометров) при 26 градусах Цельсия, внезапно испустил сине-зеленый свет при 170 градусах Цельсия.

 

Ян относит гибкую кристаллическую структуру перовскитов к более слабым ионным связям, характерным для атомов галогенидов. Природный минерал перовскит содержит кислород вместо галогенидов, образуя очень стабильный минерал. Полупроводники на основе кремния и нитрида галлия одинаково стабильны, потому что атомы связаны сильными ковалентными связями.

 

По словам Яна, голубые излучающие перовскитные диоды было трудно создать, потому что стандартная методика выращивания кристаллов в виде тонкой пленки способствует образованию смешанных кристаллических структур, каждая из которых излучает на разной длине волны. Прежде чем испускать свет, который имеет тенденцию быть красным, электроны направляются вниз к тем кристаллам с наименьшей полосой пропускания — то есть с наименьшим диапазоном незагашенных энергий.

 

Чтобы избежать этого, аспиранты Яна и его соавторы-Хун Чэнь, Цзя Линь и Чжоохун Кан — выращивали одиночные, слоистые кристаллы перовскита и, адаптировав низкотехнологичный метод создания графена, использовали ленту для отслаивания одного слоя однородного перовскита. Когда перовскит включили в цепь и ударили током, он засветился синим светом. Фактическая длина волны синего цвета варьировалась с количеством слоев октаэдрических кристаллов перовскита, которые отделены друг от друга слоем органических молекул, что позволяет легко отделять слои перовскита, а также защищает поверхность.

 

Тем не менее, эксперименты SLAC показали, что синие излучающие перовскиты изменяют свои цвета излучения с температурой. Это свойство может иметь интересные приложения, сказал Ян. Два года назад он продемонстрировал окно из галоидного перовскита, которое становится темным на солнце и прозрачным, когда солнце заходит, а также производит фотовольтаическую энергию.

 

“Мы не должны помещать галоидные перовскиты в ту же среду применения, что и традиционные ковалентные полупроводники, такие как кремний. Мы должны понимать, что этот класс материалов имеет внутренние структурные свойства, которые делают его готовым к реконфигурации. Мы должны использовать это”, - пояснил Пэйдонг Янг.

Яндекс.Дзен

Иванов Дмитрий Опубликовано в Технологии   Теги Новости
Новости партнеров
Главное за сутки
Турция не намерена вступать в столкновение с Россией в Сирии Турция не намерена вступать в столкновение с Россией в Сирии Глава Минобороны Турции Хулуси Акар в интервью телеканалу CNN Turk заявил, что республика не намерена вступать в столкновение с Россией в Идлибе, единственной мишенью являются сирийские войска. Подробности - в…
Александр Лукашенко рассказал о предложении Владимира Путина компенсировать выпадающие нефтяные доходы Александр Лукашенко рассказал о предложении Владимира Путина компенсировать выпадающие нефтяные доходы Владимир Путин предложил Минску механизм компенсации выпадающих из белорусского бюджета доходов от экспортных нефтяных пошлин, сообщил президент республики Александр Лукашенко. Подробности сообщает РИА Новости. В числе прочего это можно сделать…
Владимир Путин: Россию и Украину "растаскивают", чтобы устранить конкурента Владимир Путин: Россию и Украину "растаскивают", чтобы устранить конкурента Сотрудничество России и Украины невыгодно ряду стран, так как создает им глобального конкурента. Об этом, как сообщает ТАСС, заявил президент РФ Владимир Путин. "Любое объединение [усилий] России и Украины, их…
Интернет и СМИ
Читайте также
Microsoft отзывает проблемное обновление Windows 10 и рекомендует его удалить Microsoft отзывает проблемное обновление Windows 10 и рекомендует его удалить Компания Microsoft признала наличие критических ошибок в последнем выпущенном обновлении Windows 10 с номером KB4524244 и прекратила его распространение. Тем же пользователям, которые уже установили это обновление, рекомендуется с компьютеров…
В России появился новый метод хищения персональных данных В России появился новый метод хищения персональных данных Появление технологии, позволяющей определять номера пользователей, посетивших тот или иной сайт с мобильных устройств, приведет к масштабной волне телефонного спама, которая захлестнет россиян. В этом, по данным издания "Известия", уверены…
Раскрыты технические характеристики планшета  Samsung Galaxy Tab A 8.4 Раскрыты технические характеристики планшета  Samsung Galaxy Tab A 8.4 Компания Samsung является одним из немногих производителей, которые все еще выпускают планшеты. Как и в прошлом году, пользователи ожидают появления новых моделей в разных ценовых категориях. Недавно в Интернете появились…
Тема дня
Александр Роджерс: Ещё раз о патриотизме Александр Роджерс: Ещё раз о патриотизме

Патриотизм, говоря научным языком – это эволюционно стабильная стратегия выживания. Сложившаяся есте...

Фото
Пещера Зевса на острове Крит в Греции Пещера Зевса на острове Крит в Греции

Скалистый греческий остров Крит славится своими пещерами. Одна из них известна как Пещера Зевса.   ...

Опрос

Кому вы больше всего доверяете

Президенту РФ - 21.9%
Депутатам Госдумы - 0.3%
Российской армии - 5.6%
Полиции России - 0.3%
Только лишь себе - 55.7%
Даже себе не доверяю - 13.4%

Всего голосов:: 3120

 

Анекдот дня

В какой последовательности я меняю постельное белье:

1. Наволочка

2. Простынь

3. Отрицание

4. Гнев

5. Торг

6. Депрессия

7. Пододеяльник

Еще »
Комментарии для сайта Cackle

 

Неужели среди нас действительно существуют невидимые инопланетяне?
Стало известно откуда на полях появляются таинственные круги
В Ирландии найдены древние загадочные постройки
Infox
СМИ2
24СМИ
Последние комментарии
 

Мы на одноклассниках
 

 

МЫ ВКОНТАКТЕ

Свидетельство о регистрации СМИ Эл № ФС77-68260 от 27.12.2016, выдано Федеральной службой по надзору в сфере связи,

информационных технологий и массовых коммуникаций. При использовании, полном или частичном цитировании материалов

planet-today.ru активная гиперссылка обязательна. Мнения и взгляды авторов не всегда совпадают с точкой зрения редакции.