موفقیت دانشمندان در ساخت ژرمانیوم های متخلخل

دو گروه تحقیقاتی در آمریکا به صورت جداگانه به ساخت ژرمانیوم متخلخل با به کار بردن روشی جدید موفق شدند.

کد خبر: ۱۰۴۱۳۳

به گزارش ایسنا ، ژرمانیوم یکی از پرکاربردترین نیمههادیها در صنعت میکروالکترونیک است و ژرمانیوم متخلخل جهت استفاده در سلولهای خورشیدی و حسگرهای شیمیایی بسیار مناسب است. دو گروه جدا از هم از محققان ایالات متحده توانستهاند با به کار بردن روشی جدید، ژرمانیوم متخلخل ایجاد کنند.
مواد متخلخل به دلیل داشتن خواص غیر عادی مانند سطح مفید بالا، شرایط ایدهآلی برای استفاده در کاتالیستها و حسگرها دارند. سیلیکونهای دارای حفرههای نانومقیاس برخلاف سیلیکونهای معمولی ، قادر به نشر نور میباشند.
در اوایل دهه 1990 دانشمندان دریافتند که سیلیکونهایی که با فرآیند اچ کردن متخلخل میشوند، قادر به نشر نور میباشند. آنها سعی کردند همین آزمایش را روی نیمههادی ژرمانیوم که در گروه سیلیکون در جدول تناوبی قرار دارد ، انجام دهند که موفق نبود و حفرههای ایجاد شده بر سطح آن کاملا9 تصادفی بوده است.
اکنون Sarah Tolbert و همکارانش در دانشگاه کالیفرنیا و Mercouri Kanatizidis، Armatas Gerasimos از دانشگاه میشیگان با استفاده از روش Templating Surfactant موفق به ایجاد حفرههایی با چیدمان مرتب روی ژرمانیوم شدهاند.
این تیم تحقیقاتی ، ژرمانیوم متخلخل را از ترکیب K2Ge9 به دست آوردهاند. این ماده دارای خوشههای کوچکی از 9 اتم ژرمانیوم بوده و با برقراری اتصال باعث ایجاد زنجیرههای کوچک پلیمری میشود.
آنها در ادامه این ماده را با کربن دارای سورفاکتانت واکنش دادند. سورفاکتانت مانند صابون، دارای دو سر آب دوست و آب گریز است.
در این واکنش اتمهای زنجیرهای ژرمانیوم و در سر آب دوست و آب گریز دارای برهمکنش الکترواستاتیک متفاوت هستند که در نهایت منجر به تشکیل حلقه شش ضلعی از اتمهای ژرمانیوم میگردد.
این شش ضلعیها در نهایت تشکیل ساختار لانه زنبوری میدهد و مولکولهای سورفاکتانت نقش داربست را در این ساختار ایفا میکنند.
در نهایت مولکولهای سورفاکتانت توسط اکسیداسیون مجموعه جدا میشود و ساختار لانه زنبوری از ژرمانیوم باقی ماند.
تیم تحقیقاتی دانشگاه میشیگان نیز روش مشابه را به کار بردند، تفاوت کار آنها در استفاده از ترکیب ژرمانیوم و سورفاکتانت متفاوت بوده است و در نهایت ژرمانیومی متخلخل با ساختار حفرهای مکعبی به دست آوردند. هر دو گروه تحقیقاتی دریافتند که نانوحفرههای ژرمانیوم، نور با طول موج کوتاهتر (آبی) را بهتر از بلورهای ژرمانیوم معمولی جذب میکند.
تیم تحقیقاتی Tolbert دریافتند که میتوانند این طول موج را با تغبیر ضخامت دیوارههای میان حفرهها تنظیم کنند.
این تغییر ضخامت از طریق جایگزینی تعدادی از اتمهای ژرمانیم با اکسید ژرمانیوم اتفاق میافتد. پژوهشگران همچنین دریافتند این کار قابل تعمیم به آلیاژهای ژرمانیوم و سیلیکون است.
این آلیاژها کاربرد وسیعی در صنایع میکرو و اپتوالکترونیک دارند.