Полупроводниковый полуалкагест

В науке и технике полупроводник означает вовсе не то, что в железнодорожном фольклоре (проводник на два вагона). В этой публикации будем придерживаться научно-технической терминологии. Полупроводник — это в школьном (и не таком уж неправильном) понимании вещество, проводимость которого растет с нагревом, как у диэлектриков, но само значение проводимости скорее похоже на то, которое бывает у металлов. Конечно, не это — ключевое свойство, это следствие наличия «запрещенной зоны», диапазона энергий, запрещенных для электронов. Другое следствие ее наличия, и как раз весьма существенное — зависимость проводимости от типа и количества примесей. Именно оно позволяет создать большинство полупроводниковых приборов.

Всем известно, что полупроводники — твердые кристаллические вещества. Мы же расскажем о жидкостях, точнее, о растворах полупроводников. Эти растворы не имеют полупроводниковых свойств, так зачем они нужны? Чтобы капнуть и испарить, то есть изготовить тонкий слой или крохотное пятнышко в нужном месте микросхемы. Полупроводники можно наносить многими методами, но все они дороже и сложнее. И вообще при нанесении из раствора тут же возникает идея «рисовать» схемы, печатать их на принтере и вообще на третьей странице обложки «Химии и жизни»... Однако вот в чем главная загвоздка: полупроводники, которыми пользуются в технике, практически ни в чем не растворимы обратимо. Иными словами, если и растворяются, то превращаются в другие вещества, не имеющие нужных свойств. Например, арсенид галлия GaAs, широко известный полупроводник, третий по объему использования после кремния и германия, можно растворить в водном растворе щелочи, но выделить его оттуда в неизменном виде невозможно. А вот другую группу полупроводников — сульфиды, селениды и теллуриды мышьяка, сурьмы и висмута (халькогениды пниктогенов) научились переводить в раствор (рекорд концентрации 32%) и возвращать оттуда в чистом виде. Авторы — исследователи Дэвид Уэббер и Ричард Братчи, в отличие от алхимиков, не стали держать в секрете состав своего почти алкагеста универсального растворителя для полупроводников. Это смесь этилендиамина CH₂NH₂–CH₂NH₂ (температура кипения 116,5 °С) и этиленгликоля СН₂ОН–СН₂ОН (температура кипения 197,3 °С). Оба растворителя упоминаются в школьных учебниках химии, производятся в промышленных масштабах. Возникает естественный вопрос: если так хорошо работает смесь диамина и диола, почему бы не взять этаноламин CH₂ОН–CH₂NH₂ (t_кип 170 °С), который объединяет в себе эти два соединения? Таким образом, есть над чем подумать и работать в будущем.

На рисунке, взятом из недавней статьи Уэббера и Братчи, показаны лабораторные емкости с концентрированными растворами полупроводников, откуда их можно выделить в вакууме в виде тонких пленок из чистых кристаллов, готовых для практического применения (David H. Webber, Richard L. Brutchey, Alkahest for V2VI3 Chalcogenides: Dissolution of Nine Bulk Semiconductors in a Diamine-Dithiol Solvent Mixture, «Journal of the American Chemical Society», 2013, 135, 42, 15722—15725, doi: 10.1021/ja4084336).

Как видим, кое-что революционное с полупроводниками свершилось на наших глазах!