Màng đơn tinh thể của các chất bán dẫn vô cơ là nền tảng của hầu hết các thiết bị điện tử, bao gồm điện thoại thông minh, máy tính và pin mặt trời. Các mạch tích hợp nhanh nhất có các bóng bán dẫn chứa các màng gecmani dựa trên nền silic. Tuy nhiên những vật liệu này thường chỉ được điều chế được ở nhiệt độ cao, bằng những thiết bị máy móc phức tạp, và có chứa các chất khí độc hại.

Mới đây, nhóm nghiên cứu U-M, dẫn đầu bởi phó giáo sư hóa học Stephen Maldonado, đã phát minh ra một phương pháp có thể đồng thời tổng hợp và lắng đọng các màng chất bán dẫn tinh thể từ nước ở nhiệt độ phòng bằng việc sử dụng các thiết bị có thể tự lắp ráp với giá thành chỉ vài đô la.

“Phương pháp của chúng tôi không cần nhiệt độ quá cao, và tất cả mọi thứ được thực hiện trong dung dịch nước do đó mà chúng tôi không cần sử dụng bất kỳ một loại chất gây độc hại nào”, Maldonado cho biết. 

Để tạo ra được phương pháp này, Maldonado và nhóm nghiên cứu của ông đã tạo ra một màng kim loại lỏng, mỏng được lắng đọng trên chất nền được kết nối với nguồn điện. Khi cho nhiễm điện, các màng kim loại, các phân tử bên trên bề mặt của màng này - khi chúng liên kết với nước-sẽ bị biến đổi thành các thành phần nguyên tố của chúng. Trong trường hợp này, các đơn vị của oxit germanium đã bị hòa tan biến đổi thành các phân tử germanium để phân hủy thành các màng kim loại lỏng.

“Nếu màng kim loại lỏng này đủ mỏng, các nguyên tử germanium sẽ kết tủa một cách có chọn lọc ở phần dưới đáy và giống một màng tinh thể đồng nhất. Điều thú vị là chúng tôi chỉ sử dụng tiền chất oxi hóa-giống với những gì chúng tôi đã phát hiện thấy trong tự nhiên-và chỉ trong một quy trình xử lý, chúng tôi có thể tạo ra một màng tương thích công nghệ”, Maldonado cho biết. “Để tạo ra các thiết bị chất bán dẫn hiệu suất cao đòi hỏi phải có các cơ sở hạ tầng có giá trị đầu tư lớn. Với quy trình xử lý này, chúng ta không cần nhiệt độ cao và không cần máy móc tinh xảo mà chỉ cần một công cụ để vẽ và đo dòng điện và một thiết bị điện tử để lắp ráp chúng với nhau có giá khoảng 20 đô la. Đây là một bước tiến lớn hướng đến một ngành công nghiệp sản xuất chất bán dẫn có thể được thực hiện bởi bất cứ ai, bất cứ nơi nào”.

Maldonado cho biết, bước nghiên cứu tiếp theo của nhóm sẽ tiến hành phương pháp tương tự với silic. Chất hóa học này cũng có yếu tố cấu tạo giống với gecmani.

Không cần sử dụng thiết bị máy móc phức tạp và nhiệt độ cao, quy trình của Maldonado có thể cung cấp một phương pháp rẻ hơn, “sạch” hơn để sản xuất chất bán dẫn.

Công trình nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Journal of the American Chemical Society mới đây.