Silicon tan chảy khi nguội đi

Bánh xốp silicon: vật liệu được sử dụng rộng rãi nhất trong ngành công nghiệp chip máy tính và pin mặt trời. (Ảnh: Patrick Gillooly)

Một tính chất kì lạ của silicon có thể dẫn tới một phương pháp rẻ tiền hơn tinh chế loại chất liệu điện tử được sử dụng nhiều nhất này. Đó là theo các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT), họ đã quan sát thấy hiệu ứng silicon tan chảy khi lạnh đi – một quá trình mang lại sự phân tách silicon ra khỏi một số tạp chất của nó.

“Sự tan chảy ngược” như thế này đã được quan sát thấy trước đây ở một số chất liệu khác và nó có thể xây dựng vì nhiều nguyên do khác nhau. Trong trường hợp silicon, đội khoa học MIT do Steve Hudelson đứng đầu cho biết hiệu ứng thu được từ chất liệu đang trở nên quá bão hòa khi lạnh đi. Đội Hudelson đã có thể theo dõi quá trình đó với các phép đo huỳnh quang tia X thực hiện tại Nguồn Sáng Tiên tiến (ALS) tại Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley ở California.

Các nhà nghiên cứu lấy một mẫu silicon pha tạp có cân nhắc với đồng, nickel và sắt, và làm nóng chất liệu lên 1000^oC – thấp hơn nhiệt độ nóng chảy của silicon hơn 400^oC. Sau đó, khi họ làm nguội hỗn hợp xuống dưới 900^oC, họ quan sát thấy sự hình thành các giọt chất lỏng nhỏ xíu bên trong vật chứa silicon và ba tạp chất trên. Khi đội nghiên cứu tiếp tục làm lạnh khối vật liệu, các tạp chất dần trở nên bị tách li khỏi silicon bên trong các giọt. Cuối cùng, khối vật liệu trở nên hoàn toàn rắn trở lại một khi nhiệt độ giảm xuống dưới một điểm tới hạn gọi là “nhiệt độ eutectic” – khoảng 700^oC.

Kết quả trên có thể hữu ích cho ngành công nghiệp sản xuất bán dẫn, nơi mà một trong những thử thách lớn là làm thế nào điều chỉnh các hỗn hợp của silicon và tạp chất của nó. “Nếu bạn có thể tạo ra những giọt chất lỏng nhỏ bên trong một khối silicon, thì chúng đóng vai trò giống như những máy hút chân không nuốt lấy các tạp chất”, theo lời Tonio Buonassasi, một thành viên của đội MIT.

Đồng thời, nhiều ứng dụng điện tử - trong đó có pin mặt trời – liên quan đến việc đưa các tạp chất có cân nhắc vào silicon, cho nên kết quả trên có thể giúp các nhà nghiên cứu điều khiển các tương tác hóa học bên trong những chất liệu này.

Nguồn: physicsworld.com