Amélioration des performances des transistors grâce à l’incorporation de pérovskites-cations


Dans le film Vengeurs, des super-héros tels qu’Iron Man, Captain America, Hulk et Thor apportent chacun leur superpuissance et leur charme uniques. Lorsqu’ils s’unissent en équipe, leur synergie devient une force formidable. Cette analogie s’apparente aux récentes découvertes dans la recherche sur les semi-conducteurs, où des collaborations ressemblant au remarquable travail d’équipe des Avengers remodèlent la technologie des semi-conducteurs.

L’équipe de recherche dirigée par le professeur Yong-Young Noh, le Dr Ao Liu et le Dr Huihui Zhu du Département de génie chimique de l’Université des sciences et technologies de Pohang (POSTECH) a développé des transistors pérovskites de classe mondiale grâce à l’utilisation de trois transistors distincts. processus de cations pérovskites. Cette recherche collaborative a récemment été publiée dans Électronique naturelle le 21 août 2023.

Dans la technologie des semi-conducteurs, les transistors de type N et P sont nécessaires à la construction de circuits électroniques. Les semi-conducteurs de type N facilitent la circulation du courant lors du mouvement des électrons, tandis que les semi-conducteurs de type P permettent au courant de passer à travers le mouvement des trous.1. Malgré ce besoin de semi-conducteurs de type n et de type p pour les circuits électroniques, le développement de semi-conducteurs efficaces de type p a été un défi en raison de la mobilité électronique supérieure de la plupart des matériaux semi-conducteurs par rapport à la mobilité des trous. Ce problème a été reconnu comme l’un des 10 principaux défis technologiques par le pays.

Les pérovskites aux halogénures d’étain représentent des semi-conducteurs prometteurs de type P dotés d’une mobilité de trous impressionnante, ce qui en fait des candidats pour les transistors à canal P hautes performances de nouvelle génération. Pérovskites, décrites par la formule chimique ABX3, se composent de deux types de cations (A et B) et d’un anion (X). L’équipe de recherche a développé des matériaux semi-conducteurs pérovskites de type p hautes performances en combinant divers composés. En 2022, ils ont développé des transistors offrant les meilleures performances de l’époque en utilisant une combinaison d’iodure de césium-étain (Cs-Sn-I) et ont rapporté leurs découvertes dans Électronique naturelle.

Dans cette étude, l’équipe a ingénieusement utilisé un mélange de trois cations – formamidinium (FA), césium (Cs) et phénéthylammonium (PEA) – dans le site A de la pérovskite (ABX3) cations. Alors que des études antérieures avaient utilisé ces cations séparément, cette étude est la première à combiner les trois. En conséquence, l’équipe a réussi à développer une couche semi-conductrice pérovskite de type p de haute qualité avec des défauts réduits.

S’appuyant sur cette réussite, ils ont mis en œuvre des transistors à grande mobilité des trous (70 cm2V-1s-1) et un rapport de courant marche/arrêt (108), permettant un calcul plus rapide avec une consommation d’énergie réduite. Ces résultats représentent le niveau de performance le plus élevé des transistors pérovskites de type p rapporté à ce jour, presque équivalent aux transistors en polysilicium basse température disponibles dans le commerce et utilisés dans les circuits de commande OLED. L’équipe de recherche a une fois de plus réussi à développer les transistors les plus performants au monde, dépassant leurs performances de l’année précédente.

Le professeur Noh a fait remarquer : « Si les performances des semi-conducteurs de type P à basse température s’améliorent pour être comparables à celles des semi-conducteurs de type N, nous pourrons créer des circuits électroniques avec des performances plus rapides et améliorer considérablement les vitesses de traitement des données. J’espère que cette recherche permettra de découvrir application généralisée dans le domaine de l’ingénierie électrique et électronique, exploitant le potentiel des semi-conducteurs et des transistors.

Cette étude a reçu le soutien du programme BK21 FOUR pour le programme de formation destiné aux leaders innovants en génie chimique de la Fondation nationale de recherche de Corée (NRF), du programme du laboratoire national des semi-conducteurs et de Samsung Display.

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