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 Дистанционное зондирование из космоса выявило 280 гигантских каменных кругов, разбросанных по пустыне Атбай в Судане. Исследователи пришли к выводу, что это погребальные сооружения, оставленные исчезнувшей культурой скотоводов. Эти люди пасли здесь стада в четвертом-третьем тысячелетии до нашей эры, когда климат в пустыне был более влажным.
Авторы нового исследования выяснили, почему летающие насекомые так не любят чеснок: в нем содержится органическое вещество, подавляющее процесс спаривания и откладывания яиц. Причем мух и комаров отпугивает не запах, а вкус чеснока, поскольку это соединение особым образом воздействует на вкусовые рецепторы.
Одни из самых таинственных явлений во Вселенной — мощные голубые вспышки — появляются внезапно, сияют почти как целые галактики и исчезают за считаные дни. Теперь астрономы, похоже, впервые приблизились к разгадке их происхождения: такие события могут возникать при слиянии нейтронной звезды или черной дыры с массивной звездой Вольфа — Райе.
Нейробиологи СПбГУ продемонстрировали, что активация рецептора следовых аминов TAAR1 эффективно подавляет агрессивное поведение, вызванное полным отсутствием серотонина в мозге. В дальнейшем этот результат поможет в разработке лекарственных препаратов, направленных на коррекцию патологических форм агрессии, возникающих при посттравматическом стрессовом расстройстве (ПТСР) и шизофрении.
Крупные травоядные утконосые майазавры известны своим развитым социальным поведением. Они жили семьями и строили гнезда для своих детенышей. Даже название вида переводится с греческого языка как «ящер — хорошая мать». Исследование окаменелых зубов майазавров показало, что они выращивали детенышей совсем не так, как это считалось типичным для животных глубокой древности.
Астрономы впервые использовали гравитационные волны, чтобы косвенно оценить параметры одного из ключевых процессов термоядерного горения в массивных светилах. Именно от него зависит, какие звезды взрываются, какие превращаются в черные дыры и как во Вселенной появляются углерод и кислород — элементы, без которых не было бы ни планет, ни жизни.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Химические связи в материале, из которого сделана электроника, разрываются не из-за накопительного износа от протекания тока через них, а из-за электронов с конкретной энергией.
Термоядерные электростанции не смогут конкурировать по цене с возобновляемыми источниками энергии из-за медленного удешевления технологии. По расчетам, расходы на каждую новую установку падали максимум на 8% — много раз ниже ранних ожиданий венчурных инвесторов. Это перечеркивает экономический смысл финансовых вливаний, и мир может никогда не увидеть дешевой термоядерной энергии.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
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