Перовскит позволяет более экологически чистое производство транзисторов

Физики нашли способ изготовления транзисторов с использованием материалов, которые высоко котируются в солнечных батареях и светодиодах (LED) нового поколения.

Исследователи преодолели проблему ионного состава материала, мешающего прохождению электронного тока через транзистор. Этот прорыв может проложить путь к исследованию более экологичных электронных компонентов для недорогих электронных устройств.

Перовскитовый транзистор

В течение последнего десятилетия обработанные раствором металл-галогенидные перовскиты (гибридный металл-органический материал) были основным объектом исследований в области создания недорогих, высокоэффективных солнечных элементов и светодиодов. Благодаря способности обрабатываться при относительно низких температурах, перовскиты считаются более экологичной альтернативой кремнию не только для изготовления солнечных элементов, но и транзисторов. Транзистор - это строительный блок интегральной схемы и ключевой компонент многих электронных устройств.

Подписывайтесь на наш youtube канал!

Транзисторы работают через систему затворов: электроны текут между "источником" и "потребителем", и их поток контролируется электрическим полем, приложенным к "затвору". В транзисторе присутствие ионов препятствует прохождению электрического тока, делая транзистор неработоспособным. Металлогалогенные перовскиты богаты ионами. Когда к перовскиту прикладывается электрическое поле, эти ионы реагируют на него, устремляясь к затвору и накапливаясь там, эффективно блокируя поток электронов между источником и потребителем.

Чтобы противостоять этим помехам, ученые в течение последнего десятилетия искали способы подавить ионы, манипулируя ими, чтобы минимизировать их негативное воздействие на перовскитный транзистор.

Ученые из Университета Бата и Института Макса Планка по исследованию полимеров (MPIP) в Германии нашли решение проблемы перовскита, позволяющее материалу работать в качестве транзистора при комнатной температуре. Устройство было "обмануто", чтобы игнорировать содержание ионов в материале путем перемещения этих электрически заряженных элементов от затвора в другую часть транзистора, где они не могут помешать прохождению тока.

"До сих пор присутствие ионов в перовскитах делало использование перовскитов в транзисторах проблематичным. Мы посчитали это досадным, поскольку перовскиты являются очень перспективными полупроводниковыми материалами", - сказал ведущий исследователь профессор Камал Асади с кафедры физики Университета Бата.

Он добавил: "При комнатной температуре ионы перовскита довольно подвижны. Чтобы заставить перовскитовые транзисторы работать, люди прибегают к снижению температуры, поскольку при низких температурах ионы менее подвижны. Но в реальных условиях это означает, что наши гаджеты на основе перовскита будут надежно работать только в холодильнике или в Антарктиде".

"Мы посмотрели на проблему под другим углом. Мы изменили конструкцию транзисторов вместо того, чтобы модифицировать материал, в результате чего получился транзистор с дополнительным, вспомогательным затвором. Ионы проталкиваются к вспомогательному затвору и фиксируются в этом положении. Затем, когда вы прикладываете электрическое поле затвора, электроны видят поле затвора, реагируют на него, и устанавливается поток электронов между источником и потребителем".

Вспомогательный затвор был создан путем нанесения на транзистор ферроэлектрического слоя. Ферроэлектрики (диэлектрические материалы, которые демонстрируют стабильную поляризацию при выключении внешнего электрического поля) могут вызывать большой поверхностный заряд, который притягивает ионы и удерживает их в нужном положении, тем самым освобождая затвор для потока электронов. Команда из Бата первой использовала концепцию ферроэлектричества для смягчения переноса ионов.

"Оттеснение ионов от транспортного канала может быть достигнуто только с помощью вспомогательных материалов затвора, которые могут вызывать большие поверхностные заряды, такие как ферроэлектрики или электролиты", - объяснил первый автор статьи, доктор Беомджин Чон из Института исследования полимеров Макса Планка. "Мы выбрали ферроэлектрические полимеры из-за их совместимости и простоты обработки поверх слоя перовскита".

Ученые, участвующие в этом проекте, ожидают широкого интереса к разработанной ими платформе, а другие исследователи расширят поиск материалов с высокой плотностью поверхностного заряда, которые можно использовать в паре с перовскитом. Хорошая степень контроля над количеством ионов в канале транзистора, полученная с помощью ферроэлектрического слоя, вероятно, будет полезна и для других приложений, где требуется одновременный контроль над ионами и электронами.

Статья "Room-temperature halide perovskite field-effect transistors by ion transport mitigation" опубликована в журнале Advanced Materials. опубликовано econet.ru по материалам techxplore.com

Лучшие публикации в Telegram-канале Econet.ru. Подписывайтесь!

Подписывайтесь на наш youtube канал!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet