Transistores de película fina de óxido metálico (TFT), que se construyen depositando películas delgadas de un material semiconductor a base de óxido metálico activo sobre un sustrato de soporte, se han utilizado ampliamente en los últimos años, particularmente en pantallas orgánicas de diodos emisores de luz. La mayoría de los dispositivos disponibles comercialmente que incorporan estos transistores actualmente se basan en óxidos metálicos procesados ​​usando técnicas físicas de deposición de vapor.

Estudios recientes sugieren que podría haber formas más rentables de fabricar TFT, por ejemplo, empleando procesos basados ​​en soluciones. Hasta aquí, sin embargo, estos procesos han producido transistores con baja movilidad de portadora y estabilidades operativas insatisfactorias.

Investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología King Abdullah (KAUST) en Arabia Saudita, Universidad de Oxford en el Reino Unido, y varias otras instituciones en todo el mundo han logrado recientemente fabricar transistores de óxido con alta movilidad de electrones y estabilidad operativa utilizando métodos de deposición en fase de solución. En su estudio, presentado en Electrónica de la naturaleza , utilizaron canales multicapa procesados ​​en solución hechos de capas ultrafinas de óxido de indio, nanopartículas de óxido de zinc, poliestireno tratado con ozono y óxido de zinc compacto.

"Hemos estado trabajando para resolver un problema de larga data al que se han enfrentado los transistores de película delgada (TFT) de semiconductores de óxido desde su invención:estabilidad operativa, "Yen-Hung Lin, uno de los investigadores principales que llevó a cabo el estudio, dijo a TechXplore. "Esto se origina en las propiedades del material:abundantes defectos no estequiométricos, que son responsables de la conductividad de los semiconductores de óxido. Sin embargo, estos defectos son perjudiciales para la estabilidad del dispositivo en condiciones de funcionamiento continuo durante largas horas ".

En una serie de estudios previos, el mismo equipo de investigadores fabricó TFT de semiconductores de óxido de múltiples capas que funcionaron notablemente bien, utilizando diferentes soluciones. También crearon una arquitectura multicapa que esencialmente imita los transistores convencionales de alta movilidad de electrones (HEMT) para crear una "escalera energética".

En esta arquitectura multicapa, los electrones de alta movilidad están confinados entre el óxido de indio y el óxido de zinc, creando una solución procesada atómicamente nítida, heterointerfaces óxido-óxido. En su artículo reciente, Los investigadores muestran que agregar una capa de poliestireno de pocos nanómetros de espesor tratada con ozono UV a esta estructura puede pasivar eficazmente los defectos en las heterointerfaces óxido-óxido. lo que afectó el rendimiento de sus TFT multicapa previamente desarrollados.

"También incorporamos nanopartículas de óxido de zinc o nanopartículas de óxido de zinc dopadas con aluminio en la capa de poliestireno para mejorar aún más el rendimiento y la estabilidad operativa del dispositivo, "Lin explicó.

El nuevo enfoque para fabricar TFT de óxido presentado por el Dr. Lin, El profesor Thomas Anthopoulos y sus colegas es sencillo y eficaz. Una de sus ventajas clave es que se basa en materiales procesables en solución de bajo costo, incluido el nitrato de indio, polvo de óxido de zinc, nanopartículas de óxido de zinc y nanopartículas de óxido de zinc dopado con aluminio.

Los TFT también se pueden realizar sobre sustratos flexibles, como polímeros o papel, ya que los dispositivos se fabrican a 200 grados C. Los investigadores encontraron que los transistores resultantes tienen la estabilidad operativa más alta reportada en la literatura hasta ahora bajo una de las condiciones de prueba más duras (es decir, Funcionamiento continuo 24 horas con alta densidad de flujo eléctrico).

"Descubrimos una forma eficaz de ofrecer una temperatura baja, crecido en solución, Transistor de película fina de alto rendimiento con estabilidad operativa sin precedentes al combinar materiales orgánicos, que suelen ser los materiales de referencia para la electrónica flexible, y semiconductores de óxido, "Lin dijo." Óxido de indio, galio y zinc (IGZO), que es actualmente el material predominante para los transistores de película delgada en la generación post-silicio amorfo, está reemplazando rápidamente al silicio amorfo como material principal para la industria mundial de pantallas, aunque generalmente requiere un proceso de vacío o alta temperatura ".

En el futuro, Los nuevos transistores híbridos de óxido de metal orgánico presentados por Lin y sus colegas podrían hacer avanzar enormemente el desarrollo de la electrónica flexible. De hecho, en comparación con otros materiales procesables en solución, los semiconductores de óxido son más fáciles de fabricar, a menudo logrando un mejor rendimiento eléctrico que otras tecnologías de la competencia. Por ejemplo, Los semiconductores de óxido son más simples de producir y funcionan mejor que los materiales 2-D procesados ​​en solución, lo que los hace más adecuados para la mayoría de las aplicaciones de gama baja.

"En el futuro, planeamos extender la aplicación de nuestros canales semiconductores de óxido orgánico multicapa en otros dispositivos electrónicos y optoelectrónicos (por ejemplo, diodos de radiofrecuencia, fotodetectores) debido a su alto rendimiento y estabilidad operativa, "Lin dijo." También planeamos fabricar transistores y circuitos integrados utilizando otros escalables, técnicas de fabricación de alto rendimiento (por ejemplo, impresión o pulverización), que podría utilizarse en numerosas tecnologías emergentes, como pantallas flexibles y sensores bioquímicos, Entre muchos otros."

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