Transistors pérovskite sans hystérésis hautes performances

Transistors pérovskite sans hystérésis hautes performances

Performances électriques de MASnI3 transistors à couches minces (TFT) à base de pérovskite utilisés dans l’étude (a) Structure TFT utilisée dans ce travail (b) Performances TFT selon l’ingénierie des anions halogénures (c) Hystérésis. Moyenne de 10 transistors par type (d) Mobilités des trous calculées à partir de balayages de tension avant/arrière. Moyenne de 10 transistors par type (Encadré : Variations de mobilité calculées par (μRev−μFor)/μRev×100%, μFor=Forward scan mobility, μRev=Reverse scan mobility). Crédit : POSTECH

Les aspirateurs robots trébuchent souvent sur des seuils de porte qui ne sont pas particulièrement hauts. Une tension de seuil similaire existe dans un transistor traversé par un courant. Tant que la tension dépasse la tension de seuil, l’impédance de sortie du transistor est fortement abaissée et le courant circule facilement, améliorant ses performances.

Récemment, une équipe de recherche POSTECH dirigée par le professeur Yong-Young Noh et Ph.D. Les candidats Huihui Zhu et Ao Liu (Département de génie chimique), en collaboration avec Samsung Display, ont développé un transistor à couches minces (TFT) pérovskite à canal p avec une tension de seuil de 0 V.

Malgré le développement des pérovskites aux halogénures métalliques dans diverses optoélectroniques, les progrès sur les transistors hautes performances utilisant des canaux de pérovskite de pointe ont été limités en raison de la migration des ions et de la grande isolation de l’espaceur organique.

Dans cette étude, l’équipe de recherche a construit un méthylammonium-étain-iode (MASnI3) couche semi-conductrice en mélangeant les anions halogénures (iode-brome-chlore) pour augmenter la stabilité du transistor. Le dispositif réalisé à l’aide de cette couche semi-conductrice a montré des performances élevées et une excellente stabilité sans hystérésis.

Dans les expériences, les TFT ont réalisé une mobilité de trou élevée de 20 cm2V-1s-1 et 10 millions de rapport de courant marche / arrêt, et a également atteint la tension de seuil de 0 V. Un transistor pérovskite à canal P avec une tension de seuil de 0 V est le premier cas de ce type au monde. En transformant le matériau en solution, les chercheurs ont également permis d’imprimer les transistors, réduisant ainsi leur coût de fabrication.

Transistors pérovskite sans hystérésis hautes performances

Analyse de MASnI3 couches minces utilisant l’ingénierie des anions halogénures (a) Image de la surface TFT (b) Analyse par diffraction des rayons X (c) Analyse par diffraction des rayons X Cl 2p (d) Mobilités de Hall et concentration des trous. Moyenne de 5 TFT pour chaque type. Crédit : POSTECH

Grâce à cette étude, l’équipe de recherche a démontré que la principale cause de l’hystérésis qui réduit les performances des TFT à pérovskite est le piégeage des porteurs minoritaires, et non la migration des ions. En abaissant la tension de seuil, le mouvement des électrons et des trous n’est pas perturbé, ce qui permet au courant de circuler sans à-coups.

De plus, l’équipe de recherche a réussi à intégrer les TFT pérovskite avec le canal n commercialisé6 TFT à oxyde d’indium et de gallium et de zinc (IGZO) sur une seule puce pour construire des onduleurs complémentaires à gain élevé grâce à une méthode d’impression de circuit.

  • Transistors pérovskite sans hystérésis hautes performances

    Analyse de l’hystérésis et du point d’attaque de l’iode du MASnI3 TFT à pérovskite(a) Performances des transistors à couches minces à base d’iode, à base d’iode/brome/chlore en fonction de la vitesse de balayage (b) Spectre optique des rayons X I 3d3/2 (c) Anion halogénure et iode selon MASnI3 et MASn(I/Br)3 force d’interaction entre les défauts (d) Effet de passivation du défaut d’iode par un anion chlore. Crédit : POSTECH

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    Stabilité de fonctionnement des TFT à pérovskite et performances des onduleurs intégrés. (a) Test de commutation marche/arrêt consécutif des TFT à base d’iode et à base d’iode/brome/chlore (b) Changement de tension de seuil par rapport à la polarisation VGS = VDS = −12 V (c) Onduleur pérovskite/IGZO (d) Transfert de tension (e) Gain. Crédit : POSTECH

Cette étude attire l’attention des milieux universitaires en tant que technologie applicable au développement de circuits de commande d’affichage OLED, de transistors à canal P de dispositifs empilés verticalement et d’informatique neuromorphique pour les calculs d’IA.


Un transistor hautement performant basé sur une pérovskite aux halogénures métalliques inorganiques


Plus d’information:
Huihui Zhu et al, transistors pérovskites sans hystérésis haute performance grâce à l’ingénierie anionique, Communication Nature (2022). DOI : 10.1038/s41467-022-29434-x

Fourni par l’Université des sciences et technologies de Pohang (POSTECH)

Citation: Transistors pérovskite sans hystérésis hautes performances (10 mai 2022) récupéré le 10 mai 2022 sur https://techxplore.com/news/2022-05-high-performance-hysteresis-free-perovskite-transistors.html

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