Forskere opdager en økonomisk måde at producere højtydende tynde film til elektronik

Forskere ved Missouri S&T har fundet en hidtil uset, økonomisk metode til at skabe højtydende uorganiske tynde film, eller "epitaksiale" film, anvendes til fremstilling af halvledere til fleksibel elektronik, LED'er og solceller.

Forskningen er offentliggjort i dag i Videnskab i papiret med titlen "Spin Coating Epitaxial Films."

"Vi har fundet frem til en supernem metode, som aldrig er blevet gjort før til at lave disse film ud fra en løsning med kommercielle spincoatere, " siger Dr. Jay Switzer, Donald L. Castleman/Foundation for Chemical Research Professor of Discovery in Chemistry ved Missouri S&T. "Dette er en billig og let tilgængelig vej til enkeltkrystallignende materialer, der bør udvise overlegne elektroniske og optiske egenskaber.

"I særdeleshed, vores arbejde med højt ordnede epitaksiale aflejringer af perovskitmaterialet cæsium blybromid, en ny halvleder, der bruges i højeffektive fotovoltaiske solceller, står for at øge effektiviteten af ​​solceller produceret med dette materiale, " tilføjer Switzer.

Epitaksi er vækst af krystaller, eller tynde film, hvis orientering er bestemt af det krystallinske substrat, de er lagt på. Når atomstrukturen af ​​disse krystaller er perfekt på linje med deres substrat, slutresultatet er en film med overlegne elektroniske og optiske egenskaber, konkurrerer med dyrere enkeltkrystallers egenskaber.

Indtil nu, spincoating er primært blevet brugt til at fremstille litografiske polymerbelægninger eller til at afsætte organiske halvlederfilm på substrater, men de resulterende film har enten været polykrystallinske eller uden krystallinsk struktur – ikke epitaksielle med det eftertragtede niveau af perfektion, der er nødvendigt for nutidens avancerede elektronik.

"Vi har lært at bruge spincoating til at lave meget orienterede film og nanokrystaller på en række uorganiske substrater, " siger Switzer. "Indtil nu, atomisk perfekte epitaksiale film er blevet fremstillet ved adskillige andre metoder, og nogle af dem er meget dyre og kræver ultrahøjt vakuum."

Disse metoder omfatter molekylær stråleepitaksi (MBE), kemisk dampaflejring, væskefase epitaksi, hydrotermisk behandling, kemisk badaflejring og elektroaflejring. Ifølge Small Business Innovation Research (SBIR)-programmet, MBE-maskiner koster omkring $1 million og meget mere for større produktionssystemer; og Switzer siger, hver MBE-maskine skal kun være dedikeret til ét materiale. Andre epitaksiale metoder er begrænset af høje temperatur- og trykkrav.

Over en toårig periode, forskerholdet viste, at epitaksiale film af uorganiske materialer såsom blyjodid, Zinkoxid, natriumchlorid- og perovskitkrystalstrukturer kunne aflejres på enkeltkrystaller eller sammenlignelige substrater ved blot at spinde coating af deres opløsninger eller forstadier til materialerne.