Pesquisadores do Missouri S&T descobriram um estudo sem precedentes, método econômico para a criação de filmes finos inorgânicos de alto desempenho, ou filmes "epitaxiais", usado na fabricação de semicondutores para eletrônicos flexíveis, LEDs e células solares.

A pesquisa foi publicada hoje em Ciência no artigo intitulado "Spin Coating Epitaxial Films".

"Nós criamos um método super fácil que nunca foi feito antes para fazer esses filmes a partir de uma solução usando revestimentos giratórios comerciais, "diz o Dr. Jay Switzer, o Donald L. Castleman / Fundação para o Professor de Pesquisa Química de Descoberta em Química no Missouri S&T. "Esta é uma rota barata e facilmente acessível para materiais de cristal único que devem exibir propriedades eletrônicas e ópticas superiores.

"Em particular, nosso trabalho com depósitos epitaxiais altamente ordenados de brometo de césio e chumbo perovskita, um novo semicondutor usado em células solares fotovoltaicas altamente eficientes, pretende aumentar a eficiência das células solares produzidas com este material, "Switzer acrescenta.

Epitaxia é o crescimento de cristais, ou filmes finos, cuja orientação é determinada pelo substrato cristalino em que estão dispostos. Quando a estrutura atômica desses cristais se alinha perfeitamente com seu substrato, o resultado final é um filme com propriedades eletrônicas e ópticas superiores, rivalizando com os atributos de cristais únicos mais caros.

Até agora, o revestimento por rotação tem sido usado principalmente para fazer revestimentos de polímero litográfico ou para depositar filmes semicondutores orgânicos em substratos, mas os filmes resultantes foram policristalinos ou sem estrutura cristalina - não epitaxiais com o nível procurado de perfeição necessário para a eletrônica de ponta de hoje.

"Aprendemos a usar spin coating para fazer filmes altamente orientados e nanocristais em uma variedade de substratos inorgânicos, "diz Switzer." Até agora, filmes epitaxiais atomicamente perfeitos foram feitos por vários outros métodos, e alguns deles são muito caros e requerem vácuo ultra-alto. "

Esses métodos incluem epitaxia de feixe molecular (MBE), deposição de vapor químico, epitaxia de fase líquida, processamento hidrotérmico, deposição de banho químico e eletrodeposição. De acordo com o programa Small Business Innovation Research (SBIR), As máquinas MBE custam cerca de US $ 1 milhão e muito mais para sistemas de produção maiores; e Switzer diz, cada máquina MBE deve ser dedicada a apenas um material. Outros métodos epitaxiais são limitados por requisitos de alta temperatura e pressão.

Em um período de dois anos, a equipe de pesquisa mostrou que filmes epitaxiais de materiais inorgânicos, como iodeto de chumbo, óxido de zinco, As estruturas cristalinas de cloreto de sódio e perovskita podem ser depositadas em cristais únicos ou substratos comparáveis, simplesmente revestindo por rotação suas soluções ou precursores dos materiais.