Каждый раз, когда мы транслируем видео или играем в игры на наших смартфонах, тысячи транзисторов неустанно работают за кулисами. Эти микроскопические компоненты функционируют подобно светофорам, регулируя электрические токи для отображения изображений и обеспечения бесперебойной работы приложения. Транзисторы обычно подразделяются на n-тип (перенос электронов) и p-тип (перенос дырок), причем устройства n-типа, как правило, демонстрируют превосходную производительность. Однако для достижения высокой скорости вычислений при низком энергопотреблении транзисторы p-типа также должны обладать сопоставимой эффективностью.

Чтобы решить эту проблему, исследовательская группа сосредоточилась на новом полупроводниковом материале p-типа с уникальной кристаллической структурой: перовскитах на основе олова. Этот материал стал многообещающим кандидатом для создания высокопроизводительных транзисторов p-типа. Традиционно он изготавливался только с помощью процесса растворения - технологии, сродни впитыванию чернил в бумагу, - что создает проблемы с масштабируемостью и стабильным качеством.

В результате значительного прорыва команда успешно применила термическое испарение, процесс, широко используемый в таких отраслях, как производство OLED-телевизоров и полупроводниковых чипов, для получения высококачественных полупроводниковых слоев цезий-иодид олова (CsSnI ₃). Этот метод включает испарение материалов при высоких температурах с образованием тонких пленок на подложках.

Кроме того, добавив небольшое количество хлорида свинца (PbCl ₂), исследователи смогли улучшить однородность и кристалличность тонких пленок перовскита. Полученные транзисторы продемонстрировали выдающуюся производительность, достигнув подвижности отверстий более 30 ^см2/В·с и отношения токов включения/выключения 10:⁸, что сопоставимо с уже коммерциализированными оксидными полупроводниками n-типа, что указывает на быструю обработку сигналов и низкое энергопотребление при переключении.

Это нововведение не только повышает стабильность устройства, но и позволяет изготавливать массивы устройств большой площади, эффективно преодолевая два основных ограничения предыдущих методов, основанных на решениях. Важно отметить, что технология совместима с существующим производственным оборудованием, используемым при производстве OLED-дисплеев, что представляет значительный потенциал для снижения затрат и оптимизации производственных процессов.

"Эта технология открывает захватывающие возможности для коммерциализации ультратонких, гибких дисплеев с высоким разрешением в смартфонах, телевизорах, вертикально расположенных интегральных схемах и даже носимой электронике благодаря низкой температуре обработки ниже 300 °С", - сказал профессор Йонг-Янг Но.

Это исследование было поддержано Национальным исследовательским фондом Кореи (NRF) в рамках программы "Исследователь среднего звена", проектом по разработке основных технологий Национальной лаборатории полупроводников и дисплеем Samsung.