ساخت دیود‌های عجیب و انعطاف‌پذیر امکان‌پذیر می‌شود

دیود‌ها عبور مستقیم جریان را امکان‌پذیر می‌کنند. بدون آن‌ها، الکترونیک مدرن غیرقابل تصور خواهد بود. تا به حال، دیود‌ها باید از دو ماده با ویژگی‌های متفاوت ساخته می‌شدند.

کد خبر: ۱۰۴۱۷۴۹

سه‌شنبه - ۱۷ آبان ۱۴۰۱ / November 08, 2022

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، دیود‌ها عبور مستقیم جریان را امکان‌پذیر می‌کنند. بدون آن‌ها، الکترونیک مدرن غیرقابل تصور خواهد بود. تا به حال، دیود‌ها باید از دو ماده با ویژگی‌های متفاوت ساخته می‌شدند. به تازگی یک تیم تحقیقاتی در دانشگاه صنعتی مونیخ (TUM) ماده‌ای را کشف کرده‌اند که ایجاد دیود را با یک تغییر ساده در دما ممکن می‌سازد.

تولید دیود به‌طور کلی شامل ترکیب دو ماده نیمه‌رسانا با خواص متفاوت است. در بیشتر موارد این مواد اشکال اصلاح شده سیلیکون هستند که عناصر مختلف برای ایجاد ویژگی‌های مورد نظر به آن‌ها اضافه می‌شود. این فرآیند به‌عنوان دوپینگ شناخته می‌شود.

دوپینگ با فسفر، آرسنیک یا آنتیموان که الکترون‌های آزاد را به مواد اضافه می‌کند، دوپینگ نوع n نامیده می‌شود. n به الکترون‌هایی با بار منفی اشاره دارد. در مقابل، بور، آلومینیوم و گالیم، الکترون‌های سیلیکون را به هم متصل می‌کنند و در نتیجه حفره‌هایی با بار مثبت ایجاد می‌کنند. این مواد با p دوپ شده‌اند. با ترکیب این دو ماده، دیودی تولید می‌شود که به جریان اجازه می‌دهد فقط در یک جهت جریان یابد.

تام نیلگز، استاد سنتز و خصوصیات مواد نوآورانه در TUM می‌گوید: «ما اکنون ماده‌ای پیدا کرده‌ایم که می‌توانیم آن را به سادگی با تغییر دما، رسانا کنیم.»

محققان توانسته‌اند نشان دهند که تغییر تنها چند درجه‌ای دما برای ایجاد این اثر کافی است و می‌توان یک دیود کارآمد با گرادیان دما در داخل ماده ایجاد کرد.

هنگامی که مواد در دمای اتاق هستند، یک رسانای p کاملا طبیعی داریم. پروفسور نیلگز توضیح می‌دهد که اگر گرادیان دما را اعمال کنیم، می‌توانیم به طور همزمان یک رسانا n در نواحی گرم شده ایجاد کنیم. برای تولید یک دیود، افزایش دمای محلی فقط چند درجه کافی است، در این مورد محققان دما را از ۲۲ تا ۳۵ درجه سانتیگراد افزایش دادند.

برای نیلگز، حذف نیاز به دوپینگ تنها مزیت این پروژه نیست: «هر دیودی که تولید می‌شود همیشه وجود دارد. در مورد مواد ما که اینطور نیست: با گرادیان دما، دیود نیز ناپدید می‌شود. در صورت نیاز مجدد، کافی است یک گرادیان دما ایجاد شود. اگر به طیف وسیعی از کاربرد‌های دیودها، به عنوان مثال در سلول‌های خورشیدی یا در هر نوع قطعه الکترونیکی فکر کنیم، پتانسیل این اختراع آشکار می‌شود.

برای این پروژه محققان سال‌ها در جستجوی یک ماده کامل بودند تا این که در نهایت به کلکوژنید هالید Ag ۱۸ Cu ۳ Te ۱۱ Cl ۳ رسیدند که از عناصر نقره، مس، تلوریم و کلر تشکیل شده است. محققان هنگام کاوش در مواد ترموالکتریک که از گرما الکتریسیته تولید می‌کنند، با این دسته از ترکیبات مواجه شدند. یکی از موادی که آن‌ها مطالعه کردند، اثر سوئیچینگ p-n را نشان داد. با این حال، این موضوع تنها در محدوده دمایی در حدود ۱۰۰ درجه سانتی‌گراد مشاهده شد که برای کاربرد‌های عملی نامناسب است.

پس از تجزیه و تحلیل و آزمایش‌های گسترده روی Ag ۱۸ Cu ۳ Te ۱۱ Cl ۳، محققان ماده‌ای را کشف کردند که اثر مورد نظر را نشان می‌دهد و همچنین برای کاربرد در دمای معمولی مناسب است. نیلگز توضیح می‌دهد: «گروه‌های تحقیقاتی دیگر نیز این اثر سوئیچینگ را در مواد مختلف کشف کرده‌اند، اما تاکنون هیچ کس موفق نشده است آن را به یک کاربرد خاص استفاده کند.»

برای گام بعدی، محققان قصد دارند نشان دهند که مواد آن‌ها می‌تواند برای ایجاد ترانزیستور از طریق تغییرات دما مورد استفاده قرار گیرد.