University of Michigan kemister har utvecklat en grönare, billigare sätt att göra enkristallina halvledarfilmer, komponenter i hjärtat av alla våra elektriska prylar.

Enkristallina filmer av oorganiska halvledare är grunden för nästan all elektronik, inklusive smartphones, datorer och solpaneler. De snabbaste integrerade kretsarna har transistorer som består av germaniumfilmer på kisel. Men sådana material framställs vanligtvis bara vid förhöjda temperaturer, med komplexa maskiner som involverar farliga gaser.

U-M-laget, ledd av Stephen Maldonado, en docent i kemi, har uppfunnit en metod för att samtidigt syntetisera och deponera kristallina halvledarfilmer från vatten vid rumstemperatur med hjälp av utrustning som kan monteras för bara några få dollar.

"Vår metod kräver inte överskottsvärme, och allt görs i en vattenlösning så vi använder inga giftiga prekursorer, ", sa Maldonado. "Och vi gör detta utan att offra någon kvalitet i materialets kristallinitet, vilket vanligtvis är avvägningen."

Att göra detta, Maldonado och hans team gör en tunn, flytande metallfilm som vilar på ett substrat som de ansluter till en strömkälla. När de elektrifierar metallfilmen, molekyler på ytan av den filmen – om de är i kontakt med vatten – kan reduceras till sina elementära delar. I detta fall, enheter av löst germaniumoxid omvandlas till germaniumatomer som löses upp i den flytande metallfilmen.

"Om den flytande metallfilmen är tillräckligt tunn, germaniumatomerna kommer att fällas ut, men selektivt i botten och som en enhetlig kristallin film." sa Maldonado. "Det coola med det här är att vi tar en oxiderad prekursor – som det du hittar i naturen – och i ett processsteg, vi kan producera en tekniskt relevant film som är en stor sammanhängande kristall."

Maldonado sa att hans teams nästa steg kommer att vara att göra samma process med kisel. Kemin är mer nyanserad men principen är densamma.

I sista hand, utan komplexa maskiner och höga temperaturer, Maldonados process kan ge en billigare, grönare sätt att producera halvledare.

"Det finns en anledning till varför alla på planeten inte har tillgång till avancerad elektronik, "Sa Maldonado. "Att tillverka högpresterande halvledarenheter kräver en betydande infrastruktur."

"Denna process, när det gäller de viktigaste delarna av det – vi pratar om saker du kan få på RadioShack. Du behöver inte ha hög temperatur, du behöver inga komplicerade maskiner. Du behöver bara ett sätt att dra och mäta en ström, men elektroniken kan du bokstavligen sätta ihop för $20. Detta arbete är ett steg mot en halvledartillverkningsindustri som kan drivas av vem som helst, var som helst."

Teamets forskning publiceras i Journal of the American Chemical Society .