Микропровода научились выращивать на кремнии

Микропровода из кремния - крошечные провода толщиной с человеческий волос - имеют широкий спектр возможных применений, включая производство высокоэффективных солнечных батарей, новых видов транзисторов, интегральных схем, а также электродов для аккумуляторов и некоторых видов устройств экологического мониторинга.

Исследователи из Массачусетского технологического института и Пенсильванского университета нашли способ получения таких проводов в промышленных масштабах при точном соблюдении технологий, что может привести к коммерчески эффективным результатам.

Другие способы изготовления микропроводов уже известны и даже были созданы прототипы солнечных батарей с их использованием. Но эти методы имеют серьезные ограничения, говорит соавтор исследования Тонио Буонасиси (Tonio Buonassisi), профессор Массачусетского технологического института: "Большинство из них требует дополнительных производственных этапов, чтобы достаточно точно соблюсти размеры проводов и расстояния между ними, и работает это только на плоских поверхностях".

В отличие от них, новый процесс прост и при этом позволяет не только контролировать все размеры, но и теоретически может быть сделан на любом виде изогнутой поверхности.

Новый метод предполагает нагрев и намеренное "загрязнение" поверхности кремниевой пластины медью. По мере остывания пластины медь диффундирует в кремнии и на пластине образуются медные капли. Затем, когда пластину помещают в среду газа тетрахлорида кремния, кремний микропроводов начинают расти наружу там, где есть медные капли на поверхности.

Кремний в газовой среде растворяется в меди, а затем, после достижения достаточной концентрации, начинает выпадать в нижней части капли. На поверхности пластины образуются кремниевые отростки толщиной 10–20 микрометров (миллионных долей метра). Расстояние между проводами контролируется текстурами, созданными на поверхности: крошечные ямки могут образовывать центры медных капель. Размеры проводов контролируются изменением температуры диффузионной стадии процесса. Таким образом, в отличие от других методов производства, размером и расстоянием между проводами можно управлять независимо.

"Работа, проделанная на настоящий момент, является только доказательством принципа, – говорит Буонасиси, – и предстоит сделать еще больше, чтобы найти лучшие комбинации температурных профилей, концентрации меди и структурирования поверхности для различных задач, так как процесс позволяет оперировать размерами в зависимости от заказа. Например, еще предстоит определить, какая толщина микропроводов и какие расстояния между ними будут наиболее эффективными для создания солнечных элементов. Но потенциально это позволяет делать солнечные батареи с использованием менее чистого кремния и за счет этого значительно их удешевить".