Metaaloxide dunnefilmtransistors (TFT's), die zijn opgebouwd door het afzetten van dunne films van een actief op metaaloxide gebaseerd halfgeleidend materiaal op een ondersteunend substraat, zijn de afgelopen jaren veel gebruikt, vooral in organische lichtemitterende diodes. De meeste in de handel verkrijgbare apparaten die deze transistors bevatten, zijn momenteel afhankelijk van metaaloxiden die worden verwerkt met behulp van fysische dampafzettingstechnieken.

Recente studies suggereren dat er meer kosteneffectieve manieren zouden kunnen zijn om TFT's te fabriceren, bijvoorbeeld, oplossingsgerichte processen toepassen. Tot dusver, echter, deze processen hebben geleid tot transistoren met een lage draaggolfmobiliteit en onbevredigende operationele stabiliteiten.

Onderzoekers aan de King Abdullah University of Science and Technology (KAUST) in Saoedi-Arabië, Universiteit van Oxford in het VK, en verschillende andere instellingen over de hele wereld zijn er onlangs in geslaagd oxidetransistoren te fabriceren met een hoge elektronenmobiliteit en operationele stabiliteit met behulp van oplossingsfase-afzettingsmethoden. In hun studie hebben te zien in Natuur Elektronica , ze gebruikten in oplossing verwerkte meerlaagse kanalen gemaakt van ultradunne lagen indiumoxide, zinkoxide nanodeeltjes, met ozon behandeld polystyreen en compact zinkoxide.

"We hebben gewerkt aan het oplossen van een al lang bestaand probleem waarmee oxide-halfgeleider dunne-filmtransistors (TFT's) sinds hun uitvinding te maken hebben gehad:operationele stabiliteit, "Yen Hung Lin, een van de hoofdonderzoekers die het onderzoek uitvoerde, vertelde TechXplore. "Dit komt voort uit de materiaaleigenschappen - overvloedige niet-stochiometrische defecten, die verantwoordelijk zijn voor de geleidbaarheid van oxidehalfgeleiders. Echter, deze defecten zijn schadelijk voor de stabiliteit van het apparaat bij langdurig continu gebruik."

In een reeks eerdere onderzoeken, hetzelfde team van onderzoekers fabriceerde meerlaagse oxide-halfgeleider TFT's die opmerkelijk goed presteerden, verschillende oplossingen gebruiken. Ze creëerden ook een meerlagige architectuur die in wezen conventionele transistors met hoge elektronenmobiliteit (HEMT's) nabootst om een ​​"energetische ladder" te creëren.

In deze meerlaagse architectuur, hoge mobiliteit elektronen zijn opgesloten tussen indiumoxide en zinkoxide, het creëren van atomair scherpe oplossing-verwerkte, oxide-oxide hetero-interfaces. In hun recente krant de onderzoekers laten zien dat het toevoegen van een met UV-ozon behandelde polystyreenlaag van een paar nanometer dun aan deze structuur defecten aan de oxide-oxide hetero-interfaces effectief kan passiveren, die de prestaties van hun eerder ontwikkelde meerlaagse TFT's aantasten.

"We hebben ook zinkoxide-nanodeeltjes of aluminium-gedoteerde zinkoxide-nanodeeltjes in de polystyreenlaag opgenomen om de prestaties van het apparaat en de operationele stabiliteit verder te verbeteren, ' legde Lin uit.

De nieuwe benadering om oxide-TFT's te fabriceren, geïntroduceerd door Dr. Lin, Prof. Thomas Anthopoulos en hun collega's is eenvoudig en effectief. Een van de belangrijkste voordelen is dat het vertrouwt op goedkope, in een oplossing verwerkbare materialen, inclusief indiumnitraat, zinkoxide poeder, zinkoxide nanodeeltjes en aluminium-gedoteerde zinkoxide nanodeeltjes.

De TFT's kunnen ook gemaakt worden op flexibele ondergronden, zoals polymeren of papier, aangezien de apparaten zijn vervaardigd bij 200 graden C. De onderzoekers ontdekten dat de resulterende transistors de hoogste operationele stabiliteit hebben die tot nu toe in de literatuur is vermeld onder een van de zwaarste testomstandigheden (d.w.z. 24 uur continu bedrijf met hoge elektrische fluxdichtheid).

"We hebben een effectieve manier ontdekt om een ​​lage temperatuur te leveren, oplossingsgericht, hoogwaardige dunne-filmtransistor met ongekende operationele stabiliteit door organische materialen te combineren, die vaak de go-to-materialen zijn voor flexibele elektronica, en oxidehalfgeleiders, " zei Lin. "Indium gallium zinkoxide (IGZO), dat momenteel het gevestigde materiaal is voor dunne-filmtransistors in de post-amorf-siliciumgeneratie, vervangt snel amorf silicium als het belangrijkste materiaal voor de wereldwijde display-industrie, hoewel het meestal een vacuümproces of hoge temperatuur vereist."

In de toekomst, de nieuwe hybride organische metaaloxide-transistors die door Lin en zijn collega's werden geïntroduceerd, zouden de ontwikkeling van flexibele elektronica aanzienlijk kunnen bevorderen. In feite, in vergelijking met andere in oplossing verwerkbare materialen, oxidehalfgeleiders zijn gemakkelijker te vervaardigen, vaak betere elektrische prestaties dan andere concurrerende technologieën. Bijvoorbeeld, oxidehalfgeleiders zijn eenvoudiger te produceren en presteren beter dan in oplossing verwerkte 2D-materialen, waardoor ze meer geschikt zijn voor de meeste low-end toepassingen.

"In de toekomst, we zijn van plan de toepassing van onze meerlaagse halfgeleiderkanalen van organisch oxide uit te breiden in andere elektronische en opto-elektronische apparaten (bijv. radiofrequentiediodes, fotodetectoren) vanwege hun hoge prestaties en operationele stabiliteit, Lin zei. "We zijn ook van plan om transistors en geïntegreerde schakelingen te fabriceren met behulp van andere schaalbare, productietechnieken met hoge doorvoer (bijv. bedrukken of spuiten), die kunnen worden gebruikt in tal van opkomende technologieën, zoals flexibele displays en biochemische sensoren, onder vele anderen."

© 2020 Wetenschap X Netwerk