Металлогалогенидные перовскиты — полупроводниковые материалы с выгодными оптоэлектронными свойствами, низкими дефектами и низкой себестоимостью производства. В отличие от других новых полупроводников, эти материалы можно легко синтезировать с помощью доступных методов обработки растворов.
В последние годы некоторые инженеры изучают потенциал металлогалогенидных перовскитов для создания высокоэффективных солнечных элементов и светоизлучающих диодов (светодиодов). Однако их благоприятные характеристики могут также облегчить их использование для изготовления электронных компонентов следующего поколения, включая транзисторы.
Исследователи из Университета науки и технологий Пхохана в Южной Корее, Академии наук Китая и Университета электронных наук и технологий Китая недавно представили новую стратегию разработки транзисторов на основе металлогалогенидного перовскита, в частности перовскита олова. В своей статье, опубликованной в Природная электроникаОни показали, что полученные в результате транзисторы на основе оловянного перовскита могут достичь характеристик, сравнимых с характеристиками существующих транзисторов на основе кремния.
«Поскольку металлогалогенидные перовскиты являются собственными полупроводниками, ожидается их применение в качестве полупроводникового канального слоя для тонкопленочных транзисторов», — рассказали Tech Xplore Йонг-Янг Но и Ао Лю, два основных автора статьи. «Однако из-за неясного маршрута проектирования материалов и стратегии обработки предыдущие усилия не могут конкурировать с коммерческими низкотемпературными устройствами из поли-Si. Кроме того, предыдущие работы были сосредоточены только на отдельных устройствах и не могли реально обеспечить их интеграцию в однокристальную схему; это бесполезно для оценки реального потенциала применения устройств».
Ключевой целью недавней работы Но, Лю и их коллег было внедрение нового подхода к созданию высокопроизводительных транзисторов с p-каналом с использованием недорогих галогенидных перовскитов. Транзисторы — это широко используемые переключающие устройства, используемые для управления величиной электрического тока, протекающего внутри электроники.
Исследователи создали свои новые транзисторы, используя пленки чистого перовскита на основе олова. Примечательно, что пленки доступны по цене и их легко получить, поэтому они могут помочь существенно снизить стоимость изготовления транзисторов.
«Наши металлогалогенные перовскитные транзисторы работают по тому же принципу работы, что и обычные кремниевые полевые транзисторы», — объяснили Но и Лю. «Транзисторы являются основой микроэлектронных устройств и основным элементом в наших повседневных разнообразных электрических продуктах. Примечательно, что мы нашли способ рационально спроектировать А-катионный компонент для модуляции динамики кристаллизации. Край зоны галогенидного перовскита в основном состоит из катиона в месте B и аниона в месте X. Поэтому мы считаем, что разработка A-катиона является идеальной стратегией, позволяющей изготавливать высококачественную пленку, не влияя при этом на присущую ей высокую подвижность».
Помимо низкой стоимости, используемый исследователями перовскит на основе чистого олова не наносит вреда окружающей среде. Для успешного применения в электронике их кристаллизацию необходимо надежно модулировать, чтобы их можно было успешно использовать для создания качественных и однородных пленок.
В первоначальных испытаниях транзисторы, созданные Но, Лю и их коллегами, показали себя замечательно хорошо, продемонстрировав подвижность дырок более 70 см.2и коэффициенты включения/выключения более 108. Примечательно, что их характеристики аналогичны характеристикам низкотемпературных транзисторов на основе поликремния, представленных сегодня на рынке.
«По сравнению с другими приложениями, мы считаем, что присущая оловянному перовскиту высокая подвижность дырок является идеальным кандидатом для транзисторов», — сказали Но и Лю. «Мы предложили новую стратегию разработки A-катиона, которая обеспечивает максимальную производительность любых транзисторов с использованием металлогалогенных перовскитов, о которых сообщалось до сих пор. Производительность наших транзисторов сравнима с производительностью поликремниевых транзисторов, которые в настоящее время используются в схемах управления OLED. Мы ожидаем, что наша стратегия будет реализована. может вдохновить на будущую разработку перовскитного канала для применения в высокопроизводительных транзисторах».
В будущем методы проектирования и изготовления, предложенные этой командой исследователей, могут проложить путь к созданию самых первых интегральных схем на основе перовскита. Их статья может в конечном итоге стать основой для разработки новых электронных компонентов, которые доступны по цене и легко интегрируются с существующей технологией CMOS (дополнительные металлооксидные полупроводники), включая схемы управления для OLED-дисплеев.
«Мы считаем, что перовскит на основе олова должен стать основным кандидатом для применения в высокопроизводительных p-канальных транзисторах», — добавили Но и Лю. «Недавно мы опубликовали перспективную статью, в которой более подробно анализируем эту область исследований. В наших следующих исследованиях мы планируем продолжить оптимизацию производительности транзисторов, чтобы определить максимальную мобильность, которой мы можем достичь, а также улучшить их стабильность на воздухе для более Кроме того, устройство было изготовлено с помощью процесса растворения, и мы хотим в конечном итоге получить воспроизводимые такие же характеристики в процессе вакуумного осаждения, который можно будет производить серийно в коммерческих целях».
Специальная подборка для Вас