I ett sällsynt samarbete kombinerade två vetenskapsmän, som är bröder som arbetar i orelaterade discipliner, kompletterande expertis för att ta itu med ett kemiskt problem relaterat till användningen av kisel i elektroniska enheter.
Ledare för National Deuteration Facility, Dr. Tamim Darwish, föreslog för sin bror, Dr. Nadim Darwish, en universitetslektor med expertis inom molekylär elektronik vid Curtin University, att deuterering av kisel skulle kunna förbättra dess egenskaper.
Dr. Tamim Darwish är mycket bekant med de unika egenskaperna hos deuterium, en isotop av väte som används för att ersätta väte i molekyler och fokus för arbetet vid National Deuteration Facility (NDF).
Denna anläggning vid ANSTO är världsledande inom deuteration för forskningsapplikationer, och de är specialiserade på att tillhandahålla skräddarsydda deutererade molekyler och märkningstekniker.
Resultaten av deras forskning publicerade i ACS Applied Materials &Interfaces rapporterar förbättringar av egenskaperna hos kisel när väte ersattes med deuterium på ytskiktet.
Under de senaste åren har det funnits ett stort intresse för en teknologi som kombinerar kisel och organiska molekyler för olika applikationer som sensorer, solceller, kraftgenerering och molekylära elektroniska enheter.
Utmaningen med denna teknik har varit att ytorna gjorda av kisel och väte (Si−H-ytor), som är avgörande för att bygga dessa enheter, är benägna att oxidera. Denna oxidation kan skada enheternas stabilitet både mekaniskt och elektroniskt.
I denna studie fann bröderna Darwish och deras medarbetare att om väte ersätts med deuterium, vilket skapar Si−D-ytor, blir dessa ytor mycket mer motståndskraftiga mot oxidation när de utsätts för antingen positiva eller negativa spänningar. Si−D-ytor visade mer stabilitet mot oxidation, och deras elektriska egenskaper var mer konsekventa jämfört med Si−H-ytor.
Utredarna rekommenderade användning av Si−D-ytor istället för Si−H-ytor i applikationer som kräver icke-oxiderade kiselytor, såsom elektrokemiska biosensorer, kiselbaserade molekylära elektroniska enheter och kiselbaserade triboelektriska generatorer.
De betydande ytisotopeffekterna som rapporterats i denna studie har implikationer för designen av kiselbaserade enheter, molekylär elektronik och kraftgenereringsenheter baserade på kisel. Dessutom påverkar dessa fynd tolkningen av laddningstransportegenskaper i sådana enheter.
Mer information: Tiexin Li et al, Terminal Deuterium Atoms Skyddar kisel från oxidation, ACS applicerade material och gränssnitt (2023). DOI:10.1021/acsami.3c11598
Journalinformation: ACS-tillämpade material och gränssnitt
Tillhandahålls av Australian Nuclear Science and Technology Organisation (ANSTO)
