Perovskiitillä vihreämpiä transistoreita

Koska perovskiittejä voidaan prosessoida suhteellisen alhaisissa lämpötiloissa, niitä pidetään vihreämpänä vaihtoehtona piille paitsi aurinkokennojen valmistuksessa myös transistoreissa.

Transistorissa kuitenkin ionien läsnäolo häiritsee virran kulkua, mikä tekee transistorin käyttökelvottomaksi sillä metallihalogenidi-perovskiitit sisältävät runsaasti ioneja. Kun sähkökenttä kohdistetaan perovskiittiin, sen ionit reagoivat sähkökenttään ryntäämällä portille ja kerääntyvät sinne estäen tehokkaasti elektronien virtauksen lähteen ja nielun välillä.

Tämän häiriön torjumiseksi tutkijat ovat viimeisen vuosikymmenen ajan etsineet keinoja tukahduttaa ioneja minimoidakseen niiden haitalliset vaikutukset perovskiittitransistoriin.

Bathin yliopiston ja Saksan Max Planckin polymeeritutkimuslaitoksen (MPIP) tutkijat ovat löytäneet ratkaisun perovskiittiongelmaan, minkä ansiosta materiaali voi toimia transistorina huoneenlämmössä. Laite on "huijattu" jättämään materiaalin ionipitoisuuden huomiotta siirtämällä nämä sähköisesti varautuneet lajit pois portilta transistorin toiseen osaan, missä ne eivät voi häiritä virran kulkua.

"Tähän asti ionien läsnäolo perovskiiteissä on tehnyt perovskiittien käytön transistoreissa haastavaksi. Pidimme tätä häpeänä, koska perovskiitit ovat erittäin lupaavia puolijohtavia materiaaleja", sanoo johtava tutkija professori Kamal Asadi Bathin fysiikan laitokselta. Hän lisää: "Huoneenlämmössä perovskiitin ionit ovat melko liikkuvia. Kehittäjät ovat turvautuneet lämpötilan alentamiseen saadakseen perovskiittitransistorit toimimaan, koska matalissa lämpötiloissa ionit ovat vähemmän liikkuvia. Mutta tosielämän sovelluksissa tämä ei oikein toimi.”

"Katselimme ongelmaa eri näkökulmasta. Muokkasimme transistorien rakennetta materiaalin muokkaamisen sijasta, minkä tuloksena saatiin transistori, jossa on ylimääräinen lisäportti. Ionit ohjataan lisäportille ja kiinnitetään siihen. Kun käytät portin sähkökenttää, elektronit näkevät nyt porttikentän, reagoivat siihen ja elektronivirtaus lähteen ja nielun välille vakiintuu. "

Apuportti luotiin saostamalla ferrosähköinen kerros transistorin päälle. Ferrosähköiset (dielektriset materiaalit, jotka osoittavat vakaata polarisaatiota, kun ulkoinen sähkökenttä sammutetaan) voivat aiheuttaa suuren pintavarauksen, joka houkuttelee ioneja ja pitää ne paikallaan, vapauttaen siten portin elektronien virtaukselle. Bathin tiimi on ensimmäinen, joka käyttää ferrosähköistä ideaa ioniongelman lieventämiseen.

"Ionien työntäminen pois kuljetuskanavasta voidaan saavuttaa vain lisäporttimateriaaleilla, jotka voivat aiheuttaa suuria pintavarauksia, kuten ferrosähköiset tai elektrolyytit", selittää tohtori Beomjin Jeong Max Planckin polymeeri -instituutista. "Valitsimme ferrosähköiset polymeerit niiden yhteensopivuuden ja helpon käsittelyn vuoksi perovskiittikerroksen päälle."

Tutkijat odottavat laajaa kiinnostusta kehittämäänsä alustaan, kun taas muut tutkijat laajentavat metsästystä materiaaleille, joilla on suuri pintavaraustiheys ja jotka voidaan yhdistää perovskiitin kanssa. Ferrosähköisen kerroksen saaman transistorikanavan ionien lukumäärän hyvä hallinta on todennäköisesti hyödyllistä myös muissa sovelluksissa, joissa ionien ja elektronien samanaikainen ohjaus on tarpeen.

Aiheesta aiemmin:

Yksikiteistä hybridiperovskiittia elektroniikkaan

Perovskiitista spintroniikan perusta?