تطوير أشباه موصلات مبخرة حرارياً وصديقة للبيئة ومنخفضة التكلفة

أشباه الموصلات هي منتجات لا غنى عنها في حياتنا، وتستخدم في كل شيء من الهواتف الذكية وأجهزة الكمبيوتر إلى المركبات، وتطورها يطرح مشكلة بشكل متزايد: فمع تحسن أشباه الموصلات من حيث الوظيفة وحجم الإنتاج، تزداد التكلفة على البيئة أيضًا.

لقد أثيرت غازات الدفيئة والنفايات التي تنشأ حتماً من عملية تصنيع أشباه الموصلات كقضايا بيئية خطيرة، وفي مواجهة أزمة المناخ ، تكافح الأوساط الأكاديمية والصناعية للتعامل معها.

نجح فريق بحثي بقيادة البروفيسور يونج يونج نوه، والدكتور آو ليو، في الهندسة الكيميائية  ، في تطوير أشباه الموصلات عالية الأداء من النوع n من أشباه الموصلات Bi 2 S 3 و p-type من خلال عملية تبخر حراري بسيطة.

جذبت هذه التقنية الانتباه من حيث إمكانية زراعتها على مساحة كبيرة باستخدام عملية التبخير الحراري التي تُستخدم لتصنيع الجيل الثامن من OLED بمساحة كبيرة (2200 × 2500 مم)، في دوائر السائق لشاشات OLED، ومجموعة متنوعة من أشباه الموصلات الدوائر لأنها غير مكلفة وصديقة للبيئة.

يتمتع أكسيد المعادن/ السيليكون متعدد الكريستالات (LTPO) حاليًا بميزة عمر بطارية أطول للأجهزة المحمولة نظرًا لاستهلاكها المنخفض للطاقة ، ولكنه يتطلب عملية تصنيع مكلفة للغاية ومعقدة، لتلبية الطلبات المتزايدة للإدارة البيئية والاجتماعية والحوكمة (ESG) ، تم إجراء قدر كبير من الأبحاث لتطوير عملية تصنيع أشباه الموصلات أكثر بساطة وصديقة للبيئة عن طريق تقليل استهلاك الطاقة.

قرر فريق البروفيسور نوه استخدام مادة ثنائية الأبعاد ، كالكوجين معدني انتقالي ، يشبه الجرافين. يشير الكالكوجين إلى الكبريت والسيلينيوم والتيلوريوم، والتي تشكل – باستثناء الأكسجين – المجموعة 16 في الجدول الدوري للعناصر. المركبات المصنوعة من هذه المعادن الانتقالية لها خصائص كل من الموصلات وأشباه الموصلات.

بدلاً من عملية الحل التقليدية، استخدم فريق البحث Bi 2 S 3 لتصنيع الطبقة الرقيقة من أشباه الموصلات من خلال عملية التبخر الحراري التي يتم فيها تبخير المادة حراريًا في فراغ عالي ويتم توصيل البخار الناتج باللوحة.

تعتبر هذه العملية حيث يمكن التحكم في كمية الشحنة الكهربائية من خلال معالجة حرارية بسيطة ويمكن تصنيع أشباه الموصلات والموصلات بشكل تقديري دون تعاطي المنشطات من التقنيات الأساسية الخاصة بهذا البحث.

حقق فريق البحث ترانزستور غشاء رقيق عالي الأداء من النوع n بناءً على هذه العملية ونجح أيضًا في تطوير أشباه الموصلات من النوع p ذات الأداء العالي بنفس الطريقة.

بالإضافة إلى ذلك ، إذا تمت إضافة عملية تصنيع الدوائر الإلكترونية والترانزستور هذه في عملية التصنيع القياسية لـ OLEDs ، فيمكن تصنيعها من خلال عملية من خطوة واحدة، ستساهم هذه الطريقة في خفض التكلفة العالية لتصنيع OLEDs بشكل كبير ، والتي تعتبر حاليًا أحد عيوب التكنولوجيا.

يمكن أيضًا تقليل الميزانية وتكلفة التصنيع المطلوبة للعملية، حيث يمكن استخدام معدات التبخير الحراري المستخدمة حاليًا في OLEDs بدون معدات جديدة لهذه العملية.

أوضح البروفيسور نوه الذي قاد البحث ، “إن Bi 2 S 3 و Te المستخدمان في هذا البحث هما مواد جذابة للغاية يمكن تحويلها من الموصلات إلى أشباه الموصلات من خلال معالجة حرارية بسيطة، وقد نجح هذا البحث في تحقيق نوع n على نطاق الرقاقة، والترانزستورات من النوع p ودائرة العاكس التكميلية التي تم إنشاؤها في توليفة من نوعي الترانزستورات من خلال عملية تبخر حراري بسيطة، وليس من خلال MOCVD المكلف”.

وأضاف: “سيؤدي هذا البحث إلى مجموعة متنوعة من الدراسات الإضافية باستخدام أجهزة أشباه الموصلات الكالكوجينية وتسويق التكنولوجيا ذات الصلة”، وشرح خطته قائلاً: “بناءً على هذه التكنولوجيا، نقوم بتوسيع هذا البحث ليشمل أجهزة الذاكرة والأجهزة العصبية”.