Transistores de filme fino de óxido de metal (TFTs), que são construídos depositando películas finas de um material semicondutor à base de óxido de metal ativo em um substrato de suporte, se tornaram amplamente usados ​​nos últimos anos, particularmente em visores orgânicos de diodos emissores de luz. A maioria dos dispositivos disponíveis comercialmente que incorporam esses transistores atualmente dependem de óxidos de metal processados ​​usando técnicas de deposição física de vapor.

Estudos recentes sugerem que pode haver maneiras mais econômicas de fabricar TFTs, por exemplo, empregando processos baseados em soluções. Até aqui, Contudo, esses processos produziram transistores com baixa mobilidade de portadora e estabilidades operacionais insatisfatórias.

Pesquisadores da King Abdullah University of Science and Technology (KAUST) na Arábia Saudita, Universidade de Oxford no Reino Unido, e várias outras instituições em todo o mundo tiveram recentemente sucesso na fabricação de transistores de óxido com alta mobilidade de elétrons e estabilidade operacional usando métodos de deposição de fase de solução. Em seu estudo, apresentado em Nature Electronics , eles usaram canais de multicamadas processados ​​em solução feitos de camadas ultrafinas de óxido de índio, nanopartículas de óxido de zinco, poliestireno tratado com ozônio e óxido de zinco compacto.

"Temos trabalhado para resolver um problema de longa data que os transistores de filme fino de óxido-semicondutor (TFTs) enfrentam desde sua invenção:estabilidade operacional, "Yen-Hung Lin, um dos principais pesquisadores que realizaram o estudo, disse TechXplore. "Isso se origina das propriedades do material - defeitos não estequiométricos abundantes, que são responsáveis ​​pela condutividade dos óxidos semicondutores. Contudo, esses defeitos são prejudiciais à estabilidade do dispositivo em operação contínua por muitas horas. "

Em uma série de estudos anteriores, a mesma equipe de pesquisadores fabricou TFTs semicondutores de óxido multicamadas que tiveram um desempenho notável, usando soluções diferentes. Eles também criaram uma arquitetura multicamadas que essencialmente imita os transistores convencionais de alta mobilidade de elétrons (HEMTs) para criar uma "escada energética".

Nesta arquitetura multicamadas, elétrons de alta mobilidade são confinados entre óxido de índio e óxido de zinco, criando processos de solução atomicamente nítidos, heterointerfaces óxido-óxido. Em seu artigo recente, os pesquisadores mostram que adicionar uma camada de poliestireno de poucos nanômetros de espessura tratada com ozônio UV a esta estrutura pode efetivamente passivar defeitos nas heterointerfaces de óxido-óxido, que prejudicou o desempenho de seus TFTs multicamadas desenvolvidos anteriormente.

"Também incorporamos nanopartículas de óxido de zinco ou nanopartículas de óxido de zinco dopado com alumínio na camada de poliestireno para melhorar ainda mais o desempenho do dispositivo e a estabilidade operacional, "Lin explicou.

A nova abordagem para fabricar TFTs de óxido introduzida pelo Dr. Lin, O Prof. Thomas Anthopoulos e seus colegas é simples e eficaz. Uma de suas principais vantagens é que ele depende de materiais processáveis ​​por solução de baixo custo, incluindo nitrato de índio, pó de óxido de zinco, nanopartículas de óxido de zinco e nanopartículas de óxido de zinco dopado com alumínio.

Os TFTs também podem ser feitos em substratos flexíveis, como polímeros ou papel, como os dispositivos são fabricados a 200 graus C. Os pesquisadores descobriram que os transistores resultantes têm a maior estabilidade operacional relatada na literatura até agora sob uma das condições de teste mais difíceis (ou seja, Operação contínua 24 horas com alta densidade de fluxo elétrico).

"Descobrimos uma maneira eficaz de fornecer uma temperatura baixa, desenvolvido em solução, transistor de filme fino de alto desempenho com estabilidade operacional sem precedentes, combinando materiais orgânicos, que costumam ser os materiais essenciais para eletrônicos flexíveis, e semicondutores de óxido, "Lin disse." Óxido de índio, gálio e zinco (IGZO), que é atualmente o material incumbente para transistores de filme fino na geração de silício pós-amorfo, está substituindo rapidamente o silício amorfo como o principal material para a indústria de display global, embora geralmente exija um processo de vácuo ou alta temperatura. "

No futuro, os novos transistores de óxido de metal orgânico híbrido introduzidos por Lin e seus colegas poderiam avançar muito no desenvolvimento de eletrônicos flexíveis. Na verdade, em comparação com outros materiais processáveis ​​por solução, semicondutores de óxido são mais fáceis de fabricar, frequentemente alcançando melhor desempenho elétrico do que outras tecnologias concorrentes. Por exemplo, semicondutores de óxido são mais simples de produzir e têm melhor desempenho do que materiais 2-D processados ​​em solução, o que os torna mais adequados para a maioria das aplicações de baixo custo.

"No futuro, planejamos estender a aplicação de nossos canais semicondutores de óxido orgânico de multicamadas em outros dispositivos eletrônicos e optoeletrônicos (por exemplo, diodos de radiofrequência, fotodetectores) devido ao seu alto desempenho e estabilidade operacional, "Lin disse." Também planejamos fabricar transistores e circuitos integrados usando outros escalonáveis, técnicas de fabricação de alto rendimento (por exemplo, impressão ou pulverização), que pode ser usado em várias tecnologias emergentes, como telas flexíveis e sensores bioquímicos, entre muitos outros. "

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