Wydajne tranzystory perowskitowe bez histerezy

Myśląc (i pisząc na forum) o perowskitach na ogół mamy do czynienia z ogniwami fotowoltaicznymi. Okazuje się jednak, że spośród tej rodziny materiałów można również wyselekcjonować takie, które mają obiecujące parametry do zastosowania jako budulec do produkcji tranzystorów. Niedawno zespół badawczy POSTECH kierowany przez prof. Yong-Young Noh wspólnie ze swoimi doktorantami Huihui Zhu i Ao Liu, a także we współpracy z Samsung Display opracował perowskitowy tranzystor cienkowarstwowy (TFT) z kanałem typu P o zerowym napięciu progowym. Brak tego ostatniego jest niezwykle istotny. Odkurzacze robotyczne często potykają się o progi w drzwiach, nawet takie, które nie są szczególnie wysokie. Podobnie jest z napięciem tego typu — na ogół istnieje ono w tranzystorze, przez który przepływa prąd, nawet jeżeli jest bardzo małe. Dopóki napięcie przekracza te progowe, impedancja wyjściowa tranzystora jest niska, a prąd płynie swobodnie, poprawiając jego wydajność. Wraz ze zmniejszaniem się napięć zasilania mechanizmów cyfrowych, te w systemach elektronicznych coraz bardziej zbliżają się do tego progu.

Pomimo rozwoju perowskitów metalohalogenkowych w różnorodnej optoelektronice, postęp w zakresie wysokowydajnych tranzystorów polowych wykorzystujących powyższe do konstrukcji kanałów był ograniczony ze względu na migrację jonów i dużą izolację organicznych elementów. W ramach swoich badań zespół naukowców skonstruował warstwę półprzewodnika metyloamonowo-cyno-jodowego (MASnI3) poprzez zmieszanie anionów halogenkowych (jod-brom-chlor) w celu zwiększenia stabilności tranzystora. Urządzenie wykonane przy użyciu tej warstwy półprzewodnikowej wykazało wysoką wydajność i doskonałą stabilność bez histerezy. W eksperymentach TFT osiągnęły znakomitą ruchliwość dziur 20 cm²/V x s i współczynnik prądu rzędu 10 milionów pomiędzy stanem włączonym a wyłączonym. Układy te uzyskały także napięcie progowe równe 0 V.

Tranzystor perowskitowy z kanałem typu P z napięciem progowym 0 V jest pierwszym takim elementem na świecie. Przekształcając materiał w rozwiązanie, naukowcy umożliwili również drukowanie tranzystorów, obniżając koszt ich produkcji.



Dzięki tym badaniom zespół wykazał, że główną przyczyną występowania histerezy, która obniża wydajność perowskitowych TFT, jest pułapkowanie nośników mniejszościowych, a nie migracja jonów. Dzięki obniżeniu napięcia progowego ruch elektronów i dziur jest niezakłócony, umożliwiając płynny przepływ prądu. Co więcej, grupie badawczej udało się zintegrować perowskitowe TFT z komercyjnymi z kanałem typu N z tlenku indowo-galowo-cynkowego (IGZO) w jednym układzie scalonym, aby skonstruować komplementarne falowniki o wysokim wzmocnieniu metodą drukowania obwodów.



Badanie to przyciąga uwagę kręgów akademickich jako technologia mająca zastosowanie do opracowywania obwodów sterujących wyświetlaczy OLED, tranzystorów z kanałem typu P, układów o integracji pionowej lub systemów do szacunków neuromorficznych do obliczeń AI.

Źródło: https://techxplore.com/news/2022-05-high-performance-hysteresis-free-perovskite-transistors.html