Уведомления
Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оценивать материалы, создавать записи и писать комментарии.
Авторизуясь, вы соглашаетесь с правилами пользования сайтом и даете согласие на обработку персональных данных.
Найден способ повысить энергоэффективность технологий 3D-печати транзисторов
Сотрудники лаборатории полупроводниковых оксидных материалов МФТИ с коллегами создали материалы на основе полупроводника — сложного оксида индия, галлия и цинка. Поиск реагентов для низкотемпературного синтеза показал, что использование глицерина и нагрев до 500 градусов Цельсия обеспечивает формирование частиц этого материала размером не более 30 нанометров. Результаты работы открывают возможности повышения доступности технологий 3D-печати транзисторов благодаря снижению энергозатрат.
Исследование опубликованно в журнале Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics. Журнал имеет Первый уровень национальной системы ранжирования научных изданий — Белого списка.
Ноутбуки, смартфоны и другие сложноустроенные приборы содержат множество электронных компонентов, включая транзисторы. Транзисторы позволяют переключать отдельные элементы электрической цепи, а также усиливать либо преобразовывать электрические сигналы, например, в цифровую или звуковую форму.
Первый транзистор размером в сантиметр был изготовлен в 1947 году. Дальнейшее развитие технологий пошло по пути миниатюризации устройств. Современные транзисторы имеют нанометровые размеры. Наиболее дешевый и перспективный способ их получения — струйная трехмерная печать. Для печати нужны специальные чернила. Во-первых, они должны находиться в жидком состоянии при прохождении через печатающую головку принтера, а при нанесении на подложку быстро загустевать. Во-вторых, необходимо, чтобы затвердевшая масса избирательно проводила ток, то есть была полупроводником.
Для выполнения этих требований ученые МФТИ, СПбГУ, ЮУрГУ совместно с коллегами из Таджикистана исследовали процесс получения сложного оксида индия, галлия и цинка золь-гель методом. Реализация такого метода предполагает сначала синтез золя, затем его превращение в гель с последующей сушкой и термообработкой. Золем или коллоидным раствором называют жидкость, в объеме которой распределены и могут свободно двигаться наночастицы.
Общеизвестно, что индий, галлий и цинк связывают из растворов ионы и молекулы других веществ, именуемых лигандами. Продуктами реакций являются различные комплексы, то есть соединения, чей состав нельзя объяснить теорией образования химических связей за счет общих пар электронов. Состав и свойства комплексов зависят от условий проведения реакций. Ученые изучили эти зависимости и определили условия синтеза наночастиц, однородных по составу и представленных нерастворимыми комплексами вышеуказанных металлов. Иными словами, был получен ряд золей при интенсивном смешивании в соотношении 1:3 водных растворов солей металлов и органических веществ: лимонной и щавелевой кислоты, этиленгликоля, глицерина, мочевины и сахарозы.
Переход из золя в гель осуществлялся путем выпаривания жидкости, в ходе которого наночастицы потеряли подвижность и сформировали пространственный каркас. После чего у геля появились свойства твердого тела: отсутствие текучести, сохранение формы, прочность и упругость. Сушку геля проводили 6–22 часа, медленно повышая температуру со 100 до 500 градусов. Затем высушенный и измельченный в порошок гель спекали при 700–1450 градусов в течение 12–24 часов и охлаждали на воздухе.
С помощью рентгенофазового анализа ученые определили химический состав полученных образцов, а их поверхность изучили методами сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии. Разница между методами в том, что сканирующая электронная микроскопия предназначена для регистрации увеличенного изображения поверхности при отражении от нее пучка электронов, а просвечивающая — при прохождении пучка электронов через образец.
Установлено, что использование этиленгликоля и глицерина и сушка при 500 градусов позволяет синтезировать рентгеноаморфные соединения. Последующее спекание при 700–900 градусов формирует у образцов слоистую структуру, как у сложного оксида иттербия и железа. Кристаллическая решетка образцов — ромбоэдрическая. Параметры решетки зависят от состава и формы материала и достигают наименьших значений (a = 3,295 Å, c = 26,070 Å) в условиях нагрева до 1450 градусов в течение 24 часов.
Микроскопические исследования показали, что полученные образцы представляют собой агломераты из наночастиц, не имеющих специфической пространственной организации. На поверхности образцов расположены скопления частиц размером 20–30 нанометров, также есть участки из более мелких частиц. Следует отметить, что более точные изображения были получены с помощью просвечивающей электронной микроскопии.
«На сегодняшний день отсутствует обоснование применения тех или иных органических лигандов для синтеза золь-гель методом сложного оксида индия, галлия и цинка, — сказал Денис Винник, заведующий лабораторией полупроводниковых оксидных материалов МФТИ. — Целью нашего исследования являлся поиск реагентов, позволяющих получить наночастицы данного оксида при наименьших температурах».
«Работая с глицерином, мы при 500 градусов синтезировали наночастицы сложного оксида индия, галлия и цинка, определили тип и параметры кристаллической решетки этого оксида», — добавил Глеб Зирник, младший научный сотрудник лаборатории функциональных оксидных материалов для микроэлектроники МФТИ.
Результаты, полученные научной группой, дадут возможность целенаправленно выбирать органические реагенты для синтеза золь-гель методом сложного оксида индия, галлия и цинка, тем самым повысят доступность технологий печати транзисторов благодаря снижению энергозатрат.
Работа выполнена при финансовой поддержке РНФ.
Telegram 
Дзен 
VK Ученые из Института космических исследований РАН и МФТИ раскрыли химический механизм, объясняющий появление молекул воды на поверхностях астероидов.
Пластичность мозга — его способность перестраиваться под влиянием приходящей информации. Это свойство необходимо для обучения и адаптации. Пластичность особенно высока в детском и юношеском возрасте, она помогает быстро выучить иностранный язык и освоить сложные моторные навыки (например, фигурное катание). Ресурс пластичности есть и у пожилых людей — благодаря альтернативным нейронным сетям они восстанавливаются после травмы или инсульта. Как выясняется, высокая пластичность это не всегда хорошо. Нарушение тонкого баланса между пластичностью и стабильностью может вести к неприятным последствиям, таким как хроническая боль, тиннитус (звон в ушах) и фобии.
Исследователи Санкт-Петербургского государственного университета разработали эффективный способ обнаружения в крови важнейшего биомаркера иммунитета — неоптерина — с помощью нанотехнологий и лазера.
Астрономы недавно проанализировали базу данных о падающих на Землю объектах и пришли к выводу, что два из них прибыли из межзвездного пространства. Известна не только дата, но и место падения каждого из них.
На наземные растения, в основном деревья, приходится 80 процентов всей биомассы Земли, 450 миллиардов тонн сухого углерода и более двух триллионов тонн «живого веса». Поэтому идея сажать новые леса для связывания СО2 из атмосферы долго казалась логичной. Новые данные показали, что реальность заметно сложнее.
«Любить лишь можно только раз», — писал поэт Сергей Есенин, а герои культовых сериалов приходили к выводу, что «настоящая» влюбленность случается в жизни максимум дважды. Однако ни один из этих тезисов не подкреплен научными данными. Американские исследователи подошли к вопросу иначе: опросили более 10 тысяч человек и вывели среднее число сильных влюбленностей, возможных в течение жизни.
Астрономы недавно проанализировали базу данных о падающих на Землю объектах и пришли к выводу, что два из них прибыли из межзвездного пространства. Известна не только дата, но и место падения каждого из них.
Международная команда палеонтологов описала новый вид динозавра размером с крупную современную птицу. Он носил на голове плотный костяной нарост, который эти животные, возможно, использовали для внутривидовых разборок. Находка показывает, что даже мелкие хищники мелового периода могли решать конфликты не только когтями и зубами, но и ударами головой.
Образцы грунта, взятые астронавтами полвека назад, вложили еще один важный кирпич в здание научной картины мира: гипотеза о том, что Земля исходно была сухой, не стыкуется с фактами. Похоже, идею о невозможности сохранения большого количества воды на «теплых» планетах придется пересмотреть.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно