Onduleur unipolaire entièrement pérovskite et oscillateur en anneau à 11 étages. a, Une image optique (à gauche) et une image agrandie (à droite) de l'onduleur unipolaire. b, Le circuit électronique équivalent. c, d, caractéristiques de transfert de tension (c) et gain de tension |dVOUT/dVIN| (d) d'un inverseur TFT pérovskite α-FAPbI3 avec divers VDD de 1 à 4 V. e, une image de microscopie optique des oscillateurs en anneau intégrés (à gauche) et une image agrandie (à droite) d'un oscillateur en anneau individuel. f, Fréquence d'oscillation en fonction de la tension d'alimentation VDD de l'oscillateur en anneau a-FAPbI3. L'encadré montre la tension de sortie de l'oscillateur en anneau T-FAPbI3 à une fréquence de 78,5 kHz. Crédit: Électronique naturelle (2024). DOI : 10.1038/s41928-024-01165-5
Les pérovskites aux halogénures métalliques, une classe de matériaux cristallins dotés de propriétés optoélectroniques remarquables, se sont révélées être des candidats prometteurs pour le développement de transistors à couches minces rentables. Des études récentes ont utilisé avec succès ces matériaux, en particulier les pérovskites aux halogénures d'étain (Sn), pour fabriquer des transistors de type P avec des mobilités de trous à effet de champ (μh) supérieures à 70 cm.2 V−1 s−1.
Jusqu’à présent, ces mobilités à effet de champ notables n’ont été rapportées que dans les transistors de type p, les canaux pérovskites à base d’étain étant mal adaptés au développement de transistors de type n. Cela entrave le développement de circuits logiques complémentaires, qui nécessiteraient à la fois des transistors de type p et de type n atteignant des performances similaires.
Pour combler cette lacune de la littérature, certaines équipes ont ainsi exploré le potentiel d'autres pérovskites aux halogénures métalliques pour la conception de transistors à couches minces de type n, notamment les pérovskites aux halogénures de plomb. Cependant, les pérovskites aux halogénures de plomb seules présentent des défauts ioniques qui limitent considérablement la mobilité électronique des transistors résultants à environ 3 à 4 cm.2 V−1 s−1 .
Des chercheurs du Centre national de recherche scientifique Demokritos, de l'École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), de l'Institut indien de technologie et d'autres instituts du monde entier ont récemment introduit une nouvelle stratégie visant à développer des transistors de type n à base de pérovskite aux halogénures métalliques plus performants. Cette stratégie, décrite dans un article de Électronique naturelleleur a permis de fabriquer des transistors de type n avec des mobilités à effet de champ allant jusqu'à 33 cm2 V−1s−1 en utilisant de l'iodure de plomb formamidinium (FAPbI3) pérovskite.
“L'ingénierie des pérovskites aux halogénures d'étain a conduit au développement de transistors de type p avec des mobilités à effet de champ de plus de 70 cm2 V−1s−1 “, ont écrit Ravindra Naik Bukke, Olga A. Syzgantseva et leurs collègues dans leur journal.
“Cependant, en raison de leur dopage par trou de fond, ces pérovskites ne conviennent pas aux transistors de type n. Les pérovskites aux halogénures de plomb ambipolaires sont des candidats potentiels, mais leur nature défectueuse limite la mobilité des électrons à environ 3 à 4 cm.2 V−1s−1 , ce qui rend difficile le développement de circuits logiques entièrement pérovskites. Nous rapportons des transistors de type N à base de pérovskite et d'iodure de plomb et de formamidinium avec des mobilités à effet de champ allant jusqu'à 33 cm.2 V−1 s−1mesuré en mode biais continu.
Pour améliorer les performances de leurs transistors de type n, l'équipe a utilisé un additif de chlorure de méthylammonium (MACI). Cet additif leur a permis de réguler la contrainte dans FAPbI3tout en améliorant également certaines de ses propriétés.
“Ceci est obtenu grâce à la relaxation des contraintes du réseau pérovskite à l'aide d'un additif de chlorure de méthylammonium, suivi de la suppression du plomb sous-coordonné grâce à un ancrage multidenté au fluorure de tétraméthylammonium”, ont écrit les chercheurs. “Notre approche stabilise la phase alpha, équilibre les contraintes et améliore la morphologie, la cristallinité et l'orientation de la surface. Elle permet également des interfaces pérovskite-diélectrique à faibles défauts.”
Lors des premiers tests, les transistors de type n conçus par l'équipe ont obtenu des résultats très prometteurs, notamment de bonnes mobilités électroniques, une hystérésis négligeable et une stabilité opérationnelle élevée lorsqu'ils sont placés sous contrainte de polarisation négative et positive. Les chercheurs ont déjà utilisé leurs transistors pour fabriquer deux types de composants électroniques, à savoir des onduleurs unipolaires entièrement pérovskites et des oscillateurs en anneau à 11 étages.
À l’avenir, la stratégie de fabrication proposée pourrait ouvrir de nouvelles possibilités pour le développement de circuits intégrés hautement performants et rentables contenant des transistors à halogénure métallique et pérovskite. De plus, leurs transistors de type N pourraient bientôt être testés davantage et intégrés dans d’autres appareils électroniques.
Plus d'information:
Ravindra Naik Bukke et al, Relaxation de contrainte et ancrage multidenté dans les transistors et circuits logiques pérovskites de type n, Électronique naturelle (2024). DOI : 10.1038/s41928-024-01165-5
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Citation: Les nouveaux transistors de type n à base de pérovskite à iodure de plomb et d'iodure de formamidinium ont des mobilités à effet de champ notables (2 juin 2024) récupéré le 3 juin 2024 sur
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