Транзисторы — это электронные компоненты, которые усиливают и контролируют поток электричества внутри большинства существующих электронных устройств. Исследователи из Pohang University of Science and Technology и University of Electronic Science and Technology of China недавно спроектировали и реализовали высокоэффективные транзисторы с использованием CsSnI 3 , перовскита из галогенида металла.
Эти транзисторы, представленные в статье, опубликованной в журнале Nature Electronics , обладают высокой полевой подвижностью дырок и отношением токов включения/выключения, а также высокой стабильностью работы. В будущем их можно будет использовать для создания управляющих схем для OLED-дисплеев, а также различных аналоговых и цифровых схем.
«За последнее десятилетие металлгалогенидные перовскиты очень активно изучались для применения в фотогальванических элементах и светоизлучающих диодах (СИД) из-за их превосходных оптоэлектронных свойств, недорогой обработки на основе растворов и уникальной устойчивости к дефектам». Об этом TechXplore рассказал Йонг-Янг Но, один из исследователей, проводивших исследование. «Однако, несмотря на очень малую эффективную массу носителей заряда в них (0,1–0,2), исследования их применения в качестве полупроводникового слоя в тонкопленочных транзисторах проводились редко».
Но и его коллеги уже более семи лет проводят исследования, изучая потенциал транзисторов на основе перовскита. Их недавняя статья основана на их предыдущих работах и специально использует CsSnI 3 , необычный перовскитный материал, который, как известно, подвергается множеству сложных фазовых переходов.
Принцип, лежащий в основе функционирования новых транзисторов, созданных исследователями, напоминает принцип, лежащий в основе работы обычных кремниевых транзисторов режима улучшения. По сути, когда между электродами истока и стока транзистора подается соответствующее напряжение, это напряжение течет через устройство к стоку.
«Мы нашли способ увеличить размер зерен поликристаллов перовскита за счет сочетания добавки фторида олова с избытком прекурсора CsI и замены Sn 10% Pb», — пояснил Нох. «Кроме того, используя перовскит на основе олова (большинство высокопроизводительных металлогалогенидных перовскитных устройств, таких как солнечные элементы и светодиоды, используют 100% Pb), мы достигли высокой производительности при минимальном использовании Pb, вредного для окружающей среды металла».
В первоначальных оценках транзисторы, разработанные Но и его коллегами, превзошли все ранее разработанные транзисторы на основе перовскитов из галогенидов металлов . Примечательно, что их производительность сравнима с поликремниевыми транзисторами, которые в настоящее время используются для изготовления управляющих схем для OLED-дисплеев.
Еще одним важным преимуществом вновь разработанных транзисторов является то, что в отличие от других существующих устройств на основе перовскита галоида металла они содержат значительно меньшее количество свинца. Это может способствовать их широкому использованию, поскольку известно, что свинец очень токсичен и вреден для окружающей среды на Земле.
«Хотя перовскиты на основе галогенидов металлов в настоящее время демонстрируют более высокие характеристики по сравнению с кремнием в солнечных элементах, в большинстве высокоэффективных устройств на основе перовскитов используется свинец», — сказал Нох. «Я ожидаю, что эти устройства на основе свинца будет трудно коммерциализировать из-за экологических соображений. В этом смысле в наших выводах в основном использовалось олово вместо свинца, и мы в корне решили проблему токсичности перовскита из галогенида металла ».
В будущем новые транзисторы , представленные этой группой исследователей, могут использоваться для управления потоком электрического тока в различных электронных устройствах , включая OLED-дисплеи для компьютеров, телевизоров и смартфонов. Кроме того, их конструкция может вдохновить на разработку более эффективных солнечных элементов и светодиодов, содержащих меньшее количество свинца.
«В настоящее время разработанный нами транзистор на основе олова показывает высокие характеристики, но его стабильность на воздухе низка с точки зрения коммерциализации», — добавил Но. «Поэтому мы в конечном итоге намерены еще больше улучшить стабильность устройства на воздухе. Кроме того, устройство было изготовлено с помощью процесса растворения, но я хотел бы получить такие же характеристики, используя процесс вакуумного напыления, который можно производить серийно в коммерческих целях.»
