Uusi prosessi transistoreiden valmistukseksi perovskiitista

Perovskiitit sisältävät erilaisia kemiallisia alkuaineita, kuten orgaanisia kationeja, kaksiarvoisia metallikationeja ja halogenidianioneja. Tämä alkuaineiden yhdistelmä mahdollistaa ohuiden perovskiittikalvojen ominaisuuksien räätälöinnin tarkasti tiettyihin sovelluksiin.

Tällä hetkellä niiden käyttö transistoreissa ei oikein onnistu ohuen kalvon muodostumisen, joka tunnetaan nimellä "nukleaatio" ja "kiteytyminen", hallinnan puutteen vuoksi. Siksi tutkijat yrittävät järjestää materiaalit ohuiksi, kaksiulotteisiksi kerroksiksi ja stabiloida ne orgaanisilla molekyyleillä epäorgaanisten kerrosten välissä niiden optoelektronisten ominaisuuksien hallitsemiseksi.

Max Planck -polymeeritutkimusinstituutin Tomasz Marszalekin johtama tutkimusryhmä on yhteistyössä Hongkongin polyteknisen yliopiston, Toronton yliopiston ja Norjan tiede- ja teknologiayliopiston kollegoiden kanssa kehittänyt uuden lähestymistavan, joka yksinkertaistaa merkittävästi kerrosrakenteiden kerrostamista ja parantaa samalla kaksiulotteisten Dion-Jacobson-perovskiittikerrosten molekyyliorganisaatiota. Näitä kerroksia voidaan sitten käyttää puolijohtavina materiaaleina transistoreissa.

Tämän saavuttamiseksi tiimi kehitti menetelmän, jossa lähtöaineiden liuos kuivuu hitaasti liuotinhöyryn vaikutuksesta (liuotinhöyryavusteinen tippavalu). Tämä hidas kiteytymisprosessi antaa rakenneosille enemmän aikaa koota itse itsensä yhtenäiseksi, hyvin järjestyneeksi kerrosrakenteeksi.

Sitten tiimi tutki systemaattisesti useita orgaanisia molekyylejä, jotka toimivat välikappaleina ja yhdistäjinä epäorgaanisten kerrosten välillä ja vastaavat sähköisistä ominaisuuksista.

Nämä tutkimattomat molekyylit erosivat toisistaan jäykkyyden ja symmetrian suhteen. "Käyttämällä ohutkalvojen karakterisointityökaluja, kuten atomivoimamikroskopiaa ja röntgendiffraktiota, yhdistettynä teoreettisiin laskelmiin ja sähköisiin mittauksiin pystyimme ymmärtämään, miten nämä erot vaikuttavat kiderakenteeseen ja johtavuuteen – ja toivottavasti siten luomaan tärkeän perustan korkean suorituskyvyn transistoreiden sovelluksille", sanoo tutkija Tomasz Marszalek.

Tutkijat pystyivät osoittamaan, että erityisen jäykät ja symmetriset molekyylit johtavat suurempaan järjestykseen kaksiulotteisissa Dion-Jacobson-perovskiiteissa. Nämä järjestäytyneet rakenteet helpottavat varauksenkantajien liikkumista materiaalin läpi, mikä on ratkaiseva etu tulevaisuuden elektronisten komponenttien sovelluksissa.

Aiheesta aiemmin:

Perovskiitti sopii memristoriin ja transistoriin

Perovskiitillä vihreämpiä transistoreita