MIT發現矽逆溫熔化性質

2020-11-23 cnBeta
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MIT發現矽在降溫時融化,或將應用於矽行業。 (在特殊加熱裝置中間橙色熾熱的部分是一小片矽,它會被加熱到低於熔點, 然後緩慢降溫。這套裝置被放置在同步加速器的射線路徑上,從而可以使用探針在分子層面對逆溫熔化過程進行探測。) 像冰塊熱天融化成水一樣,大多數材料都會在加熱時熔化,從固態變成液態。但也有少數古怪的材料特性相反:他們在冷卻的時候熔化。

日前,MIT的一支研究團隊發現廣泛應用於晶片和太陽能電池行業的矽就擁有這種「逆溫熔化」的特殊性質,條件是其中摻有高濃度的特定金屬。 矽的熔點是1414℃,而這種新發現的矽,銅,鎳和鐵的混合物會在冷卻到900℃以下時「熔化」(實際上是從固態變為固態和液態混合的漿狀)。大大降低了熔化的溫度使得觀察材料的熔化行為成為可能,這種觀察使用同步輻射X射線微探針技術。這項由助理教授Tonio Buonassisi帶領團隊獲得的成果已經刊發在最新一期Advanced Materials雜誌上。 這項成果將有助於降低矽基設備的製造成本,特別是對矽純度要求比較高的領域。

在在這種材料中,雜質傾向於遷移到液體部分,而使固態矽用於更高純度。這將有助於在生產矽基器件(比如太陽能電池)時,使用便宜的低純度矽,之後在製造過程中進一步提純。 「如果你能在固體矽碇中製造小液滴,那它們就像是小的吸塵器會去吸附雜質。」 Buonassisi 說。這項研究還能由於與產生製造擁有高導電導熱性的矽納米線的新方法。 實驗的材料有一種類似三明治的結構,兩層矽中間夾著銅,鎳和鐵。首先在矽的熔點以下升溫使金屬溶解在矽中,讓矽呈現過飽和狀態。這就好像當液體被加熱後可以溶解更多其他物質,但是當液體冷卻下來就會處於過飽和狀態,而溶解在其中的物質也會沉澱出來。回到金屬溶解在固體矽中的情況,「當你冷卻時,低於一定溫度後溶解進去的物質將不得不開始在液態中沉澱。」Buonassisi說,而就在這個溫度就矽開始熔化。

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