Fabricación escalable y estabilidad de almacenamiento a largo plazo de CSSNI3: TFT PBCL2. Crédito: Nature Electronics (2025). Doi: 10.1038/s41928-025-01380-8
Las perovskitas de haluro de estaño, una clase de materiales a base de estaño con una estructura cristalina característica que se asemeja a la del titanato de calcio compuesto, podría ser alternativas prometedoras a semiconductores comúnmente utilizados. Estudios anteriores han explorado la posibilidad de usar estos materiales para fabricar transistores de filmes delgados (TFT) de canal P, dispositivos utilizados para controlar y amplificar el flujo de portadores de carga en dispositivos electrónicos.
Hasta ahora, sin embargo, la fabricación e integración confiables de perovskitas de película delgada en electrónica disponible comercialmente ha demostrado ser desafiante. Esto se debe en parte a las dificultades encontradas cuando se trata de producir películas de perovskita uniformes con propiedades electrónicas consistentes que utilizan métodos escalables y compatibles con la industria.
Investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Pohang introdujeron recientemente una nueva estrategia prometedora para la fabricación de TFT de alto rendimiento basados en perovskitas de haluro de haluro. Su enfoque, descrito en un artículo publicado en Nature Electronics, se basa en la evaporación térmica y el uso de cloruro de plomo (PBCL2) como iniciador de reacción.
“Nuestra publicación reciente explora la transición de las perovskitas de haluro de haluro de halón depositadas a vapor a los transistores de canales P”, dijo el profesor Yong-Young Noh, autor senior del periódico, a Tech Xplore. “Sobre la base de años de trabajo que optimizan la movilidad de alta agujeros a través de métodos basados en soluciones, ahora abordamos el desafío apremiante de alinear a los semiconductores de perovskita con la fabricación estándar de la industria. Por ejemplo, la industria OLED ya está fabricando pantallas de octava generación con tamaños de sustrato que exceden 2 mx 2 m utilizando un proceso de evaporación térmica”.
Como parte de su investigación, el Prof. Noh y sus colegas compararon el rendimiento del procesamiento de soluciones y las técnicas de deposición de vapor para la fabricación de TFT de perovskita de haluro de haluro confiables. Esta comparación les permitió identificar parámetros clave que contribuyan a la realización de películas de perovskita de estaño de alta calidad y depositadas con vapor con densidades y movilidades adecuadas de agujeros.
Basado en estos parámetros, los investigadores idearon un nuevo enfoque para fabricar TFT de perovskita de estaño de alto rendimiento. Su estrategia propuesta implica el uso de la deposición de vapor para depositar secuencialmente PBCL2, yoduro de estaño (SNI2) y yoduro de cesio (CSI) en un sustrato.
“Mientras que la combinación de estos precursores iniciales forma perovskitas basadas en el eoduro de cesio (CSSNI3), el PBCL2 depositado como la capa más subyacente sirve como una técnica clave de deposición para fabricar películas de alta calidad”, explicó el profesor Noh. “El cloruro volátil inicia reacciones de estado sólido que impulsan la transformación de los materiales precursores depositados. Este proceso promueve la formación de películas de perovskita de alta calidad uniformes, al tiempo que ajusta la densidad de agujeros a los niveles adecuados para el uso de capas de canales de transistores”.
Caracterizaciones eléctricas de transistores de perovskita de estaño depositados por vapor. Crédito: Reo et al.
El trabajo reciente del profesor Noh y sus colegas podría representar un paso significativo hacia el desarrollo a gran escala de TFT de haluro de halón a través de la deposición de vapor. En primer lugar, el equipo demostró que cuando se usa como un aditivo PBCL2 inicia con éxito reacciones de estado sólido, lo que permite la formación de películas de perovskite de alta calidad.
“Además, nuestros transistores de canales P optimizados lograron un excelente rendimiento, con movilidades promedio de agujeros de 33.8 cm2/vs y relaciones de corriente de encendido/apagado alrededor de 108, comparables a, y en algunos aspectos, superando los dispositivos procesados por solución”, dijo el profesor Noh.
“Aunque la fabricación de transistores de perovskita utilizando un proceso de deposición se ha informado anteriormente, la movilidad era muy baja en menos de 1 cm2/vs, por lo que estaba lejos del nivel de comercialización. Finalmente, nuestros transistores depositados por vapor demostraron una estabilidad significativamente mejorada, marcando un avance importante hacia aplicaciones prácticas y escalables”.
Los investigadores utilizaron su estrategia propuesta para desarrollar nuevos transistores, que luego probaron y compararon con otros transistores comúnmente integrados en diodos emisores de luz orgánicos (OLED). Descubrieron que sus transistores superaron significativamente a los transistores de óxido a base de IGZO que actualmente se comercializan como circuitos de conducción OLED.
El profesor Noh y sus colegas predicen que sus TFT de tipo P podrían mejorar el rendimiento y reducir el consumo de energía de OLED. Su estudio también podría inspirar a otros grupos de investigación a explorar el potencial de las estrategias basadas en la deposición de vapor para la fabricación escalable de transistores basados en perovskitas de haluro de haluro. En el futuro, los hallazgos reunidos por este equipo de investigadores también podrían abrir nuevas posibilidades interesantes para el desarrollo de la electrónica VLSI de bajo costo y bajo costo (integración a gran escala) y arquitecturas de circuitos apiladas verticalmente.
“Con la exitosa deposición de vapor de las películas de perovskita de haluro de haledia de alta calidad, nuestra investigación futura se centrará en dos áreas clave: ingeniería avanzada de materiales e integración de dispositivos”, dijo el profesor Noh. “En el lado de los materiales, nuestro objetivo es explorar nuevas variaciones de composición para permitir el procesamiento de baja temperatura, al tiempo que refina el control sobre los parámetros del dispositivo, como el voltaje de encendido y la histéresis para una operación confiable”.
Los investigadores ahora están trabajando para perfeccionar el proceso de deposición de vapor empleado en su reciente estudio y validando aún más su potencial. Además, pronto esperan ampliar los campos en los que podrían aplicarse los transistores resultantes, aumentando su movilidad de agujeros y su relación de encendido/apagado actual.
“En el lado de la aplicación, la deposición de vapor abre la puerta al apilamiento vertical de capas de perovskita, allanando el camino para arquitecturas de circuitos más complejas sin depender de la fotolitografía basada en solventes”, agregó el profesor Noh. “Estas direcciones ofrecen oportunidades emocionantes para superar los límites de la electrónica basada en perovskite”.
Más información: Yojin Reo et al, transistores de perovskita de estaño de alto rendimiento depositados por vapour, Nature Electronics (2025). Doi: 10.1038/s41928-025-01380-8.
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Cita: una nueva estrategia para fabricar transistores de perovskita de estaño de altamente realizados (2025, 17 de mayo) Recuperada el 17 de mayo de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-05-strategy-fabricate-highly-thin-tin.html
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