Semiconductores: los componentes básicos de la tecnología moderna – ACS Axial

La industria global de semiconductores está en aumento, con el potencial de convertirse en una industria de un billón de dólares para fines de la década. En conjunto, los científicos continúan avanzando en el campo con investigación de calidad en tecnología y aplicaciones de semiconductores. Aquí, exploramos los avances recientes en la investigación de semiconductores en las publicaciones de ACS Publications.

Pequeñas potencias

Los semiconductores son una clase de sólidos cristalinos cuya conductividad eléctrica existe entre la de un conductor, como el aluminio o el cobre, y la de un aislante, como la cerámica o el vidrio, de ahí su naturaleza «semi» conductora.1 Estas diversas sustancias, incluidos los materiales bidimensionales (2D), la optoelectrónica y los dispositivos ópticos, se han convertido en los componentes fundamentales de la tecnología electrónica moderna.

Progreso hacia dispositivos de próxima generación

Además del silicio, los materiales novedosos como el grafeno también tienen un alto potencial para aplicaciones como semiconductores en dispositivos electrónicos. Sin embargo, su alta resistencia de contacto los hace susceptibles al sobrecalentamiento, y esto limita sus aplicaciones prácticas. Algunos científicos han comenzado a investigar varias opciones para bajar la resistencia de contactolo que convierte a los semiconductores 2D en un candidato prometedor para un uso más amplio en la electrónica.2

Recientemente se ha demostrado que algunos materiales semiconductores 2D exhiben propiedades magnéticas, lo que podría hacerlos extremadamente útiles para los dispositivos espintrónicos y la tecnología de la información de próxima generación, como los circuitos lógicos que utilizan las interacciones de espín de los electrones. Al aplicar propiedades magnéticas y otras propiedades mejoradas de ciertos semiconductores, los dispositivos espintrónicos podrían reducir el consumo de energía al tiempo que aumentan las capacidades de procesamiento, lo que los convierte en una alternativa viable a la electrónica tradicional.3 Para mejorar estas propiedades magnéticas, un estudio explora dopaje de materiales magnéticos adecuados en semiconductores anfitriones a temperatura ambiente.3 Otros están examinando estrategias para desarrollar más semiconductores magnéticos 2D de alta temperatura que algún día también podría ser ampliamente utilizado en aplicaciones de espintrónica.4

El papel de los semiconductores en la tecnología y las aplicaciones optoelectrónicas ha crecido significativamente en los últimos años. Nanocristales semiconductores han mostrado un gran potencial en aplicaciones optoelectrónicas como diodos emisores de luz y láseres5y semiconductores híbridos orgánicos-inorgánicos como las perovskitas de haluros organometálicos también son candidatos alentadores para la optoelectrónica de próxima generación.6

Un proceso de aprendizaje (máquina)

Machine Learning (ML) es un campo en crecimiento que ha transformado los procesos de investigación en varias industrias, incluida la producción de semiconductores. Por ejemplo, desarrollar nuevos semiconductores con alta conductividad térmica puede ayudar en la gestión del calor y la conservación de la energía para el enfriamiento del dispositivo, y los algoritmos de ML pueden generar evaluaciones de forma rápida y precisa para predecir diferentes propiedades de los materiales semiconductores, evaluar sus aplicaciones potenciales y crear modelos de simulación para condiciones extremas.7

Un estudio reciente en Nanomateriales aplicados ACS describe un método para desenfoque de imágenes microscópicas basadas en aprendizaje profundo (MID), que ayuda a identificar con mayor precisión los semiconductores 2D y puede ser útil en el proceso de fabricación industrial.8

Impulsando fuentes de energía renovable

Fuera de la industria electrónica, otra importante área de interés es el poderoso papel de los semiconductores en la generación de energía sostenible. Los investigadores informaron recientemente sobre un nuevo tipo de aleación semiconductora “nanoflor” con gran potencial para su uso en la división del agua y la producción de hidrógeno.9

Aprovechar la energía del sol no es una tarea sencilla, pero los semiconductores también están demostrando ser esenciales para el futuro de la conversión de energía solar. La creciente demanda de materiales fotovoltaicos efectivos pero económicos ha llevado a algunos a comenzar a explorar opciones alternativas de semiconductores, como sulfuro de cobre (CuS), que podría tener un gran éxito en la mejora de la estabilidad y la eficiencia de fotoconversión en las células solares de perovskita.10

Otro estudio describe una estrategia para mejorar el rendimiento de las células solares de perovskita mediante la introducción de películas de material 2D o aditivos semiconductores para equilibrar mejor el transporte de carga o el flujo de corriente eléctrica a través de la celda solar.11

Los semiconductores están en todas partes en nuestra vida diaria y su impacto continúa creciendo en una multitud de industrias y aplicaciones. Desde impulsar el rendimiento de la electrónica de próxima generación hasta mejorar las tecnologías para un futuro más sostenible, estas pequeñas potencias son vitales para mantener el mundo moderno en funcionamiento.

Lectura adicional: Investigaciones recientes sobre semiconductores de ACS Journals

  1. Huang, N. et al. Fotosíntesis de hidrógeno y su aplicación síncrona en una celda de combustible de hidrógeno: un experimento integral en el laboratorio de enseñanza de pregrado. química Educ. 2022, 99, 9, 3283–3288
  2. Protti, S. y Fagnoni, M. Avances recientes en la selenilación inducida por la luz. Organización de la AEC Inorg. Au 2022
  3. Parque, H. et al. Reducción del error en la caracterización eléctrica de transistores orgánicos de efecto de campo basados ​​en semiconductores de polímero donante-aceptor. Aplicación ACS. Electrón. Mate. 2022, 4, 9, 4677–4682
  4. Abdelraouf, OAM et al. Avances recientes en metasuperficies sintonizables: materiales, diseño y aplicaciones. ACS Nano 2022, 16, 9, 13339–13369
  5. Bhall, N. et al. Aprobación de un modo plasmónico oculto para mejorar el rendimiento de detección de LSPR en geometría de aisladores metálicos evolucionados utilizando un algoritmo de aprendizaje automático no supervisado. Físico ACS. quimica 2022
  6. Shiraishi, Y. et al. Generación solar de peróxido de hidrógeno en fotocatalizadores de resina de fenol-resorcinol-formaldehído. Materia ACS. Au 2022

Referencias

  1. Enciclopedia Británica. https://www.britannica.com/science/semiconductor
  2. Wu, Z. et al. Reducción de las resistencias de contacto de los semiconductores bidimensionales mediante formación memristiva. Nano Lett. 2022, 22, 17, 7094–7103
  3. Kanwal, S. et al. Ferromagnetismo a temperatura ambiente en nanopartículas de ZnO co-dopadas con Cu/Co preparadas por el método de coprecipitación: para aplicaciones de espintrónica. ACS Omega 2022, 7, 36, 32184–32193
  4. Sol, H. et al. Ferromagnetismo de alta temperatura en un semiconductor bidimensional con una red de espín rectangular. física química C 2022, 126, 37, 16034–16041
  5. Brumberg, A. et al. Aceleración de la recombinación radiativa de biexciton a baja temperatura en nanoplaquetas de CdSe. Nano Lett. 2022, 22, 17, 6997–7004
  6. Li, Y. et al. Diseño de Semiconductores Heteroestructurados Híbridos Orgánico-Inorgánicos mediante Selección de Materiales de Alto Rendimiento para Aplicaciones Optoelectrónicas. Soy. química Soc. 2022, 144, 36, 16656–16666
  7. Li, M. et al. Aprendizaje automático para aprovechar la energía térmica: desde el descubrimiento de materiales hasta la optimización del sistema. ACS Energy Lett. 2022;7:3204–26.
  8. Dong, X. et al. Eliminación de imágenes microscópicas por una red antagónica generativa para nanomateriales 2D: implicaciones para la caracterización de semiconductores a escala de obleas. Aplicación ACS. Nano Materia. 2022, 5, 9, 12855–12864
  9. Aher, R. et al. Síntesis, propiedades estructurales y ópticas de las nanoflores de ZrBi2Se6: un material de aleación semiconductor de última generación para aplicaciones optoelectrónicas. ACS Omega 2022, 7, 36, 31877–31887
  10. Shaikh, GY et al. Propiedades estructurales, ópticas, fotoelectroquímicas y electrónicas del fotocátodo CuS y la heterounión eficiente CuS/CdS. ACS Omega 2022, 7, 34, 30233–30240
  11. Mei, Y. et al. Efectos sinérgicos de los aditivos bipolares en el transporte de carga mediado por límite de grano para células solares de perovskita inorgánicas basadas en carbono eficientes. Aplicación ACS. Mate. Interfaces 2022, 14, 34, 38963–38971



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