رشد سیلیکون نانوبلوری در دمای اتاق

سیلیکون بلوری و چندبلوری که در ابزارهای الکترونیکی همچون پیل‌های خورشیدی و
ترانزیستورهای فیلم نازک مورد استفاده قرار می‌گیرند، عموماً در دماهای بالا رشد می‌کنند.

دانشمندان دانشگاه کالیفرنیا در سانتاباربارا نشان داده‌اند که می‌توان فیلم‌های
چندبلوری حاوی نانوبلورهای با اندازه ۱۰ نانومتر را از پلاسمای سیلان که به شدت با
هیدروژن رقیق شده است، تولید کرد.

رهبر این تیم تحقیقاتی اری آیدیل در مصاحبه با nanotechweb.org اظهار داشت: «نتایج
ما نشان می‌دهند که این بلورهای نانومقیاس به روشی سازگار با تئوری که پنج سال پیش
ارائه شد، رشد می‌کنند. این تئوری مکانیسمی را که توسط آن هیدروژن اتمی به نظم
یافتن و بلوری شدن سیلیکون بی‌شکل کمک می‌کند، توضیح می‌دهد. یعنی اینکه ما نه تنها
می‌توانیم سیلیکون نانوبلوری را در دمای اتاق رشد دهیم، بلکه چگونگی این فرایند را
نیز درک می‌کنیم. درک این فرایند برای کاربردها و پیشرفت‌های بعدی ضروری می‌باشد».

آیدیل و همکارانش سیلیکون نانوبلوری را از طریق ترسیب سیلیکون از پلاسمای سیلان به
شدت رقیق شده با هیدروژن، روی یک بستر ایجاد نمودند. تکه‌های سیلان یک فیلم بی‌شکل
را روی سطح تشکیل می‌دهند و یون‌های هیدروژنی که از تجزیه مولکول هیدروژن در پلاسما
حاصل شده‌اند، موجب تبدیل این فیلم بی‌شکل به یک فیلم چندبلوری می‌گردند. آیدیل می‌گوید:
«ما از روش‌های طیف‌سنجی که به امکان مطالعه ساختار فیلم را در حین تشکیل آن می‌داد
استفاده نموده و دریافتیم که مطابق تئوری پیشین، این فیلم زیر یک پوسته بی‌شکل
بلوری می‌شود».

این تئوری نشان داد که اتم‌های هیدروژن در فیلم سیلیکون توده‌ای پخش شده و با تشکیل
یک حدواسط با ساختار پیوندی Si-H-Si موجب از بین رفتن کشش پیوندهای Si-Si می‌شوند.
سپس اتم‌های هیدروژن از فضای میان دو اتم سیلیسیوم خارج شده و دو اتم سیلیسیوم طول
و زاویه پیوند خود را به نحوی آرایش می‌دهند که نزدیک به حالت سیلیکون بلوری می‌باشد.
این نوآرایی در دمایی پایین‌تر از دمای مورد نیاز برای بلوری‌شدن دمایی صورت می‌گیرد
و حتی می‌توان از این روش برای بلوری کردن عناصر دیگر گروه IV همانند کربن استفاده
کرد.

محققان می‌گویند فیلم‌های سیلیکون نانوبلوری رسوب‌داده شده در دمای اتاق می‌توانند
برای ایجاد ابزارها روی بسترهای انعطاف‌پذیری به کار روند که در دماهای بالایی که
معمولاً برای رسوب‌دادن فیلم‌های بلوری به کار می‌روند، از بین می‌روند.