วิศวกรของ MIT มีความก้าวหน้าอย่างมากในการสร้างวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ใหม่

"วิศวกรจากสถาบันแมสซาชูเซตส์ เทคโนโลยี (MIT) รายงานว่าพวกเขาสร้างภาพยนตร์คุณภาพสูงเรื่องแรกในซีรีส์ใหม่ของ สารกึ่งตัวนำ วัสดุ. ราฟาเอล จารามิลโล หัวหน้านักวิจัยของการศึกษานี้ เรียกความสำเร็จนี้ว่า “วาฬขาว” เพราะเขาไล่ตามความสำเร็จนี้มาหลายปีแล้ว และหากประวัติศาสตร์ซ้ำรอย อาจส่งผลกระทบต่อด้านเทคนิคหลายด้าน

"

วิศวกรของสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ (MIT) รายงานว่าพวกเขาสร้างภาพยนตร์คุณภาพสูงเรื่องแรกในซีรีส์ใหม่ของ สารกึ่งตัวนำ วัสดุ. ราฟาเอล จารามิลโล หัวหน้านักวิจัยของการศึกษานี้ เรียกความสำเร็จนี้ว่า “วาฬขาว” เพราะเขาไล่ตามความสำเร็จนี้มาหลายปีแล้ว และหากประวัติศาสตร์ซ้ำรอย อาจส่งผลกระทบต่อด้านเทคนิคหลายด้าน

ความสามารถในการสร้างฟิล์มบางคุณภาพสูงของเซมิคอนดักเตอร์ซีรีส์อื่นๆ ได้ทำให้เกิดคอมพิวเตอร์ โซลาร์เซลล์ กล้องมองกลางคืน ฯลฯ

จารามิลโลชี้ให้เห็นว่าเมื่อมีการแนะนำวัสดุใหม่ ความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์ที่สำคัญที่สุดจะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อสามารถหาวัสดุที่มีคุณภาพสูงสุดได้เท่านั้น “การวิจัยวัสดุคุณภาพต่ำมักจะนำไปสู่การปฏิเสธผลประโยชน์ทางวิทยาศาสตร์และศักยภาพทางเทคโนโลยีที่ผิดพลาด”

นอกจากนี้ เขากล่าวว่าสารกึ่งตัวนำตระกูลใหม่นี้ ที่เรียกว่า chalcogenide perovskites สามารถนำมาใช้ในเซลล์แสงอาทิตย์และแสงสว่างได้ อย่างไรก็ตาม เขาชี้ให้เห็นว่าประวัติศาสตร์ของการวิจัยเซมิคอนดักเตอร์แสดงให้เห็นว่าตระกูลเซมิคอนดักเตอร์ใหม่มักจะเปิดตัวในรูปแบบที่คาดเดาไม่ได้

เนื่องจากวัสดุใหม่มีความสามารถที่เสถียรเป็นพิเศษและทำจากส่วนประกอบราคาถูกและปลอดสารพิษ Jaramillo รู้สึกตื่นเต้นกับศักยภาพของมัน มีรายงานว่าภาพยนตร์ที่สร้างโดยทีมของจารามิลโลประกอบด้วยแบเรียม เซอร์โคเนียม และกำมะถัน มีโครงสร้างผลึกเฉพาะ ซึ่งเป็นสารประกอบทองเหลืองเปอร์ออกไซด์ทั่วไป “คุณสามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยการเปลี่ยนส่วนผสม ดังนั้นจึงเป็นวัสดุในตระกูล ไม่ใช่แค่ครั้งเดียว” จารามิลโลกล่าว

งานนี้ได้รับการตีพิมพ์ใน Advanced Functional Materials เมื่อวันที่ 3 พฤศจิกายน พ.ศ. 2021 ผู้เขียนร่วมของ Jaramillo ได้แก่ Ida Sadeghi นักวิจัยดุษฎีบัณฑิตในภาควิชาวัสดุศาสตร์และวิศวกรรม (DMSE) และผู้เขียนบทความคนแรกคือ Kevin Ye, Michael Xu และ Yifei Li นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาของ DMSE และ James M. LeBeau รองศาสตราจารย์ของ John Chipman ในภาควิชาวัสดุศาสตร์และวิศวกรรมที่ MIT

เป็นที่เข้าใจกันว่า Jaramillo และเพื่อนร่วมงานใช้เทคนิคที่เรียกว่า Molecular beam epitaxy (MBE) เพื่อสร้างฟิล์มบางคุณภาพสูง เทคโนโลยีนี้ช่วยให้สามารถควบคุมการเติบโตของผลึกในระดับอะตอมได้ แต่ทำได้ยากและไม่รับประกันความสำเร็จของวัสดุใหม่ Jaramillo ชี้ให้เห็นว่าถึงแม้จะเป็นเช่นนี้ ประวัติของเทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์ก็แสดงให้เห็นคุณค่าของการพัฒนา MBE "นี่คือเหตุผลที่ควรค่าแก่การลอง"

ตามชื่อของมัน MBE จะนำลำแสงโมเลกุลไปยังการจัดเรียงอะตอมบนพื้นผิวที่เฉพาะเจาะจง การจัดเรียงอะตอมนี้เป็นเทมเพลตสำหรับโมเลกุลที่ถูกขับออกมาและช่วยให้พวกมันเติบโตได้ “นี่คือเหตุผลที่การเติบโตของ epitaxial สามารถให้ภาพยนตร์คุณภาพสูงสุดแก่คุณได้ วัสดุเหล่านี้รู้วิธีเติบโต” จารามิลโลกล่าว

อีกปัจจัยหนึ่งทำให้ความยากของงานนี้ยิ่งแย่ลงไปอีก จารามิลโลชี้ให้เห็นว่าการผลิตสารเคมีชนิดนี้ทำได้ยากมาก พวกเขาจะมีกลิ่นและทำให้อุปกรณ์มีความเหนียว MBE จำเป็นต้องดำเนินการในห้องสุญญากาศ แต่จารามิลโลจำได้ว่าพวกเขาไม่ได้เข้าไปในห้องสุญญากาศในขณะนั้น

ฮิเดโอะ โฮโซโนะ ศาสตราจารย์แห่งสถาบันเทคโนโลยีแห่งโตเกียว ซึ่งไม่ได้มีส่วนร่วมในการวิจัย กล่าวว่า: “ภาพยนตร์เรื่องนี้ (สร้างโดย Jaramillo et al.) แสดงให้เห็นภาพที่เรียบเนียนราวกับกระจก ซึ่งเป็นผลมาจากการที่พื้นผิวเรียบเป็นอะตอมและมีคุณภาพดีมาก เราสามารถคาดการณ์ได้ การผลิตอุปกรณ์เช่นเซลล์แสงอาทิตย์และไฟ LED สีเขียวจะเป็นเป้าหมายต่อไป”

ปัจจุบัน กลุ่มของ Jaramillo กำลังมุ่งเน้นไปที่สองด้าน: สำรวจปัญหาพื้นฐานเพื่อให้เข้าใจวัสดุได้ดีขึ้น และรวมเข้ากับเซลล์แสงอาทิตย์

แม้ว่าเฮไลด์ เพอรอฟสไกต์จะไม่ใช่จุดสนใจเพียงจุดเดียวของจารามิลโลในห้องปฏิบัติการของ MIT “แต่นี่เป็นโครงการที่เราภาคภูมิใจที่สุดอย่างแน่นอน เพราะต้องใช้ความพยายามและความพึงพอใจที่ล่าช้าที่สุด” จารามิลโลกล่าว