Версия для слабовидящих
Новая аллотропная модификация кремния Печать Email
Новости об инновациях
25.11.2014

Исследователям из США удалось получить новую аллотропную модификацию кремния, которая характеризуется запрещённой энергетической зоной с прямыми переходами. Новая аллотропная модификация в перспективе сможет стать весьма полезной для изготовления новых солнечных батарей и светоизлучающих диодов – она комбинирует способность к светопоглощению материалов, подобных арсениду галлия и легкость обработки традиционного обычного кремния.

Несмотря на то, что

предложенная схема синтеза новой модификации кремния пока еще требует больших затрат времени и иных ресурсов, исследователи надеются на то, что в скором времени синтез новой аллотропной модификации кремния удастся модифицировать и получать достаточные количества для производства фотогальванических устройств нового типа.

Кремний является основой для современной электронной промышленности, однако обычная алмазоподобная аллотропная модификация кремния с кубической кристаллической решеткой характеризуется запрещённой зоной с непрямыми переходами, что означает невозможность перехода электрона между валентными и проводящими электронными уровнями при простом поглощении фотона – для сохраняющегося импульса также необходимо поглощение фонона. Эта особенность электронного строения приводит к тому, что кремний весьма посредственно поглощает и испускает свет.

Таким образом,

для получения кремниевых солнечных батарей требуется толстый слой материала, а для изготовления светоизлучающих диодов – более дорогие и более токсичные материалы (например, арсенид галлия), которые к тому же и могут легко разлагаться.

1416634370a62f8.jpg Рис. 1. Нагревание может привести к удалению
атомов натрия и формированию орторомбической
аллотропной модификации кремния. (Рисунок из Cryst.
Growth Des., 2013, 13, 303 (DOI: 10.1021/cg3017084)).

Характерное для кремния координационное число, равное четырем, позволяет предположить существование широкого круга гипотетических метастабильных аллотропных модификаций этого элемента. Многие из таких гипотетических структур отличаются энергией, лишь незначительно большей, чем энергия алмазоподобной аллотропной формы кремния, многие из них устойчивы при высоком давлении, а четыре – динамически стабильны в мягких условиях.

В 2013 Тимоти Стробель (Timothy Strobel) с коллегами ***открыл силицид натрия с формулой Na4Si24 [1]. В новой работе этой же исследовательской группы показано, что нагревание Na4Si24 при 400 K в вакууме позволяет удалить все атомы натрия и получить новую, орторомбическую аллотропную модификацию кремния [2].

Результаты расчетов и экспериментального исследования позволяют сделать вывод о том, что

полученная форма кремния устойчива до 750 K и 10 ГПа, а также характеризуется запрещённой энергетической зоной с прямыми переходами (величина энергетического зазора равна 1,3 эВ), что делает новый материал идеальным для применения в фотогальванических устройствах.

На настоящее время получено лишь небольшое количество порошкообразного орторомбического кремния, и очевидно, что весьма замысловатый путь к такой аллотропной модификации пока не позволяет организовать ее масштабное производство. Тем не менее, Стробель надеется, что трудности можно преодолеть.

Он заявляет, что

в настоящее время его коллеги работают над разработкой метода получения орторомбического кремния в виде монокристаллов высокого качества – только получения новой аллотропной модификации кремния в такой форме можно будет подтвердить или опровергнуть гипотезу о том, что новый материал сможет инициировать революционные преобразования в технологии полупроводников.

Источники:

[1] Cryst. Growth Des., 2013, 13, 303 (DOI: 10.1021/cg3017084);

[2] Nat. Mater., 2014, DOI: 10.1038/nmat4140.

Источник - http://www.nanonewsnet.ru/news/2014/novaya-allotropnaya-modifikatsiya-kremniya

 

Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта