Nye organisk-metaloxid-transistorer med høj driftsstabilitet

Metaloxid tyndfilmstransistorer (TFT'er), som er bygget ved at afsætte tynde film af et aktivt metaloxidbaseret halvledende materiale på et understøttende substrat, er blevet meget brugt i løbet af de sidste par år, især i organiske lysdiodeskærme. De fleste kommercielt tilgængelige enheder, der inkorporerer disse transistorer, er i øjeblikket afhængige af metaloxider, der behandles ved hjælp af fysiske dampaflejringsteknikker.

Nylige undersøgelser tyder på, at der kunne være mere omkostningseffektive måder at fremstille TFT'er på, for eksempel, anvendelse af løsningsbaserede processer. Indtil nu, imidlertid, disse processer har frembragt transistorer med lav bærebølgemobilitet og utilfredsstillende driftsstabilitet.

Forskere ved King Abdullah University of Science and Technology (KAUST) i Saudi-Arabien, University of Oxford i U.K., og adskillige andre institutioner verden over har for nylig haft held med at fremstille oxidtransistorer med høj elektronmobilitet og driftsstabilitet ved hjælp af opløsningsfasedeponeringsmetoder. I deres undersøgelse, med i Naturelektronik , de brugte opløsningsbehandlede flerlagskanaler lavet af ultratynde lag af indiumoxid, zinkoxid nanopartikler, ozonbehandlet polystyren og kompakt zinkoxid.

"Vi har arbejdet på at løse et langvarigt problem, som oxid-halvleder tyndfilmstransistorer (TFT'er) har stået over for siden deres opfindelse:driftsstabilitet, "Yen-Hung Lin, en af ​​de ledende forskere, der udførte undersøgelsen, fortalte TechXplore. "Dette stammer fra materialeegenskaberne - rigelige ikke-stokiometriske defekter, som er ansvarlige for ledningsevnen af ​​oxidhalvledere. Imidlertid, disse defekter er skadelige for enhedens stabilitet under lange timers kontinuerlig drift."

I en række tidligere undersøgelser, det samme team af forskere fremstillede flerlags oxid-halvleder-TFT'er, der klarede sig bemærkelsesværdigt godt, ved hjælp af forskellige løsninger. De skabte også en flerlagsarkitektur, der i det væsentlige efterligner konventionelle transistorer med høj elektronmobilitet (HEMT'er) for at skabe en "energisk stige."

I denne flerlagsarkitektur, højmobilitetselektroner er begrænset mellem indiumoxid og zinkoxid, skabe atomisk skarpe opløsningsbearbejdede, oxid-oxid heterogrænseflader. I deres seneste avis, forskerne viser, at tilføjelse af et UV-ozonbehandlet få nanometer-tyndt polystyrenlag til denne struktur effektivt kan passivere defekter ved oxid-oxid-heterogrænseflader, hvilket forringede ydeevnen af ​​deres tidligere udviklede flerlags TFT'er.

"Vi inkorporerede også zinkoxidnanopartikler eller aluminiumdoterede zinkoxidnanopartikler i polystyrenlaget for yderligere at forbedre enhedens ydeevne og driftsstabilitet, ", forklarede Lin.

Den nye tilgang til fremstilling af oxid-TFT'er introduceret af Dr. Lin, Prof. Thomas Anthopoulos og deres kolleger er enkel og effektiv. En af dens vigtigste fordele er, at den er afhængig af billige materialer, der kan forarbejdes i opløsning, inklusive indiumnitrat, zinkoxid pulver, zinkoxidnanopartikler og aluminiumdoterede zinkoxidnanopartikler.

TFT'erne kan også laves på fleksible underlag, såsom polymerer eller papir, da enhederne er fremstillet ved 200 grader C. Forskerne fandt ud af, at de resulterende transistorer har den højeste driftsstabilitet rapporteret i litteraturen hidtil under en af ​​de hårdeste testbetingelser (dvs. 24-timers kontinuerlig drift med høj elektrisk fluxtæthed).

"Vi opdagede en effektiv måde at levere en lav temperatur, løsningsdyrket, højtydende tyndfilmstransistor med hidtil uset driftsstabilitet ved at kombinere organiske materialer, som ofte er det foretrukne materiale til fleksibel elektronik, og oxidhalvledere, " sagde Lin. "Indium gallium zinkoxid (IGZO), som i øjeblikket er det etablerede materiale til tyndfilmstransistorer i den post-amorfe siliciumgeneration, erstatter hurtigt amorft silicium som hovedmaterialet til den globale displayindustri, selvom det normalt kræver enten en vakuumproces eller høj temperatur."

I fremtiden, de nye hybride organiske metaloxid-transistorer introduceret af Lin og hans kolleger kunne i høj grad fremme udviklingen af ​​fleksibel elektronik. Faktisk, sammenlignet med andre materialer, der kan forarbejdes i opløsning, oxidhalvledere er nemmere at fremstille, opnår ofte bedre elektrisk ydeevne end andre konkurrerende teknologier. For eksempel, oxidhalvledere er nemmere at producere og yder bedre end opløsningsbehandlede 2D-materialer, hvilket gør dem mere velegnede til de fleste low-end applikationer.

"I fremtiden, vi planlægger at udvide anvendelsen af ​​vores flerlags organisk-oxid halvledende kanaler i andre elektroniske og optoelektroniske enheder (f.eks. radiofrekvensdioder, fotodetektorer) på grund af deres høje ydeevne og driftsstabilitet, " sagde Lin. "Vi planlægger også at fremstille transistorer og integrerede kredsløb ved hjælp af andre skalerbare, højkapacitetsfremstillingsteknikker (f.eks. trykning eller sprøjtning), som kunne bruges i adskillige nye teknologier, såsom fleksible skærme og biokemiske sensorer, blandt mange andre."

© 2020 Science X Network