Framstegen i vår elektroniska ålder vilar på vår förmåga att kontrollera hur elektrisk laddning rör sig, från punkt A till punkt B, genom kretsar. För att göra det krävs särskild precision, för applikationer som sträcker sig från datorer, bildsensorer och solceller, och den uppgiften faller på halvledare.

Nu, ett forskargrupp vid University of Pennsylvanias tekniska högskolor och tillämpad vetenskap och konst och vetenskap har visat hur man kontrollerar egenskaperna hos halvledar nanotrådar av ett lovande material:bly selenid.

Under ledning av Cherie Kagan, professor vid avdelningarna för el- och systemteknik, Materialvetenskap och teknik och kemi och meddirektör för Pennergy, Penns centrum fokuserade på att utveckla alternativ energiteknik, teamets forskning genomfördes främst av David Kim, en doktorand i materialvetenskapsprogrammet.

Teamets arbete publicerades online i tidningen ACS Nano och kommer att presenteras i tidskriftens april -podcast.

Det viktigaste bidraget i teamets arbete har att göra med att kontrollera de ledande egenskaperna hos bly -selenid -nanotrådar i kretsar. Halvledare finns i två typer, n och p, med hänvisning till den negativa eller positiva laddningen de kan bära. De som flyttar elektroner, som har en negativ laddning, kallas "n-typ". Deras "p-typ" motsvarigheter flyttar inte protoner utan snarare frånvaron av en elektron-ett "hål"-vilket motsvarar att flytta en positiv laddning.

Innan de integreras i kretsar, halvledar -nanotråden måste "anslutas" till en enhet. Metallelektroder måste placeras i båda ändarna för att strömmen ska kunna strömma in och ut; dock, "ledningarna" kan påverka de observerade elektriska egenskaperna hos nanotrådarna, om enheten verkar vara n-typ eller p-typ. Förorening, även från luften, kan också påverka enhetstypen. Genom rigorös luftfri syntes, rening och analys, de höll nanotrådarna rena, tillåta dem att upptäcka de unika egenskaperna hos dessa bly selenid nanomaterial.

Forskare utformade experiment som tillät dem att separera påverkan av metall "ledningar" på elektronernas och hålens rörelse från beteendet som är inneboende i de ledande selenid -nanotrådarna. Genom att styra exponeringen av halvledarnanodatorn för syre eller kemisk hydrazin, de kunde ändra de ledande egenskaperna mellan p-typ och n-typ. Ändra exponeringens varaktighet och koncentration, nanotrådstypen kan vändas fram och tillbaka.

"Om du avslöjar ytorna på dessa strukturer, som är unika för nanoskala material, du kan göra dem p-typ, du kan göra dem n-typ, och du kan göra dem någonstans däremellan, där den kan leda både elektroner och hål, "Sa Kagan." Detta är vad vi kallar "ambipolärt". "

Enheter som kombinerar en n-typ och en p-typ halvledare används i många högteknologiska applikationer, sträcker sig från kretsarna för vardagselektronik, till solceller och termoelektriker, som kan omvandla värme till el.

"Att tänka på hur vi kan bygga dessa saker och dra nytta av egenskaperna hos nanoskala material är verkligen vad denna nya förståelse tillåter, "Sa Kagan.

Att räkna ut egenskaperna hos nanoskala material och deras beteende i enhetstrukturer är de första stegen i att se fram emot deras tillämpningar.

Dessa bly selenid nanotrådar är attraktiva eftersom de kan syntetiseras med billiga metoder i stora mängder.

"Jämfört med det stora maskineriet du behöver för att göra andra halvledare, det är betydligt billigare, "Sa Kagan." Det ser inte mycket mer komplicerat ut än huvorna folk skulle känna igen från när de var tvungna att ta kemilaboratorium. "

Förutom den låga kostnaden, tillverkningsprocessen för bly selenid nanotrådar är relativt enkel och konsekvent.

"Du behöver inte gå till höga temperaturer för att få massmängder av dessa högkvalitativa bly selenid nanotrådar, "Kim sa." Teknikerna vi använder är hög avkastning och hög renhet; vi kan använda dem alla. "

Och eftersom ledningsegenskaperna hos bly -selenid -nanotrådarna kan ändras medan de sitter i en enhet, de har ett bredare utbud av funktioner, till skillnad från traditionella kiselhalvledare, som först måste "dopas" med andra element för att göra dem "p" eller "n".

Penn -teamets arbete är ett steg mot att integrera dessa nanomaterial i en rad elektroniska och optoelektroniska enheter, som fotosensorer.