Uma equipe internacional de pesquisadores desenvolveu uma técnica que, pela primeira vez, permite que materiais de perovskita híbrida de cristal único sejam integrados à eletrônica. Como essas perovskitas podem ser sintetizadas em baixas temperaturas, o avanço abre a porta para novas pesquisas em eletrônicos flexíveis e custos de fabricação potencialmente reduzidos para dispositivos eletrônicos.

Os materiais de perovskita híbrida contêm componentes orgânicos e inorgânicos e podem ser sintetizados a partir de tintas, tornando-os adequados para a fabricação roll-to-roll de grandes áreas. Esses materiais são objeto de extensa pesquisa para uso em células solares, diodos emissores de luz (LEDs) e fotodetectores. Contudo, tem havido desafios na integração de perovskitas híbridas de cristal único em dispositivos eletrônicos mais clássicos, como transistores.

As perovskitas híbridas de cristal único são preferíveis porque os materiais monocristalinos têm propriedades mais desejáveis ​​do que os materiais policristalinos; os materiais policristalinos contêm mais defeitos que afetam adversamente as propriedades eletrônicas de um material.

O desafio de incorporar perovskitas híbridas de cristal único à eletrônica vem do fato de que esses cristais macroscópicos, quando sintetizado usando técnicas convencionais, tem áspero, bordas irregulares. Isso torna difícil a integração com outros materiais de tal forma que os materiais fazem os contatos de alta qualidade necessários em dispositivos eletrônicos.

Os pesquisadores contornaram esse problema sintetizando os cristais híbridos de perovskita entre duas superfícies laminadas, essencialmente criando um sanduíche de perovskita híbrido de cristal único. A perovskita está em conformidade com os materiais acima e abaixo, resultando em uma interface nítida entre os materiais. O substrato e superestrato, o "pão" no sanduíche, pode ser qualquer coisa, desde lâminas de vidro a wafers de silício já incorporados com eletrodos - resultando em um transistor ou circuito pronto para uso.

Os pesquisadores podem ajustar ainda mais as propriedades elétricas da perovskita selecionando diferentes haletos para uso na composição química da perovskita. A escolha do haleto determina o bandgap do material, que afeta a aparência da cor do semicondutor resultante e leva a dispositivos eletrônicos transparentes e mesmo imperceptíveis ao usar perovskitas de alto bandgap.

"Demonstramos a capacidade de criar transistores de efeito de campo funcionais usando materiais híbridos de perovskita de cristal único fabricados no ar ambiente, "diz Aram Amassian, autor correspondente de um artigo sobre o trabalho e professor associado de ciência e engenharia de materiais na NC State.

"Isso é interessante porque os materiais tradicionais de cristal único precisam ser fabricados em ultra-alto vácuo, ambientes de alta temperatura, e muitas vezes requerem um crescimento epitaxial requintado, "Amassian diz." As perovskitas híbridas podem ser cultivadas a partir da solução, essencialmente de uma tinta, no ar ambiente a temperaturas abaixo de 100 graus Celsius. Isso os torna atraentes do ponto de vista de custo e fabricação. Também os torna compatíveis com substratos à base de plástico, o que significa que eles podem ter aplicações em eletrônica flexível e na internet das coisas (IoT).

"Dito isto, ainda existem grandes desafios aqui, "Amassian diz." Por exemplo, as perovskitas híbridas atuais contêm chumbo, o que é tóxico e, portanto, não é algo desejável para aplicações como eletrônicos vestíveis. Contudo, estão em andamento pesquisas para desenvolver perovskitas híbridas que não contenham chumbo ou que sejam totalmente isentas de metal. Esta é uma área de pesquisa empolgante, e sentimos que este trabalho é um passo significativo para a integração desses materiais no dispositivo, levando ao desenvolvimento de novas aplicações tecnológicas. "

O papel, "Transistores de efeito de campo de perovskita híbrida de cristal único, "é publicado na revista Nature Communications .