Transistores são componentes eletrônicos que amplificam e controlam o fluxo de eletricidade dentro da maioria dos dispositivos eletrônicos existentes. Pesquisadores da Universidade de Ciência e Tecnologia de Pohang e da Universidade de Ciência e Tecnologia Eletrônica da China recentemente projetaram e realizaram transistores de alto desempenho usando CsSnI3, uma perovskita de iodetos metálicos.
Esses transistores, apresentados em um artigo publicado na Nature Electronics, exibem altas mobilidades de furos de efeito de campo e relações de corrente liga/desliga, bem como uma alta estabilidade operacional. No futuro, eles poderão ser usados para criar circuitos de acionamento para displays OLED, bem como uma variedade de circuitos analógicos e digitais.
“Perovskitas de haletos metálicos têm sido muito ativamente estudadas na última década para aplicações em células fotovoltaicas e diodos emissores de luz (LEDs), devido às suas excelentes propriedades optoeletrônicas, processamento de baixo custo baseado em soluções e caráter único de tolerância a defeitos ” Yong-Young Noh, um dos pesquisadores que realizaram o estudo, disse ao TechXplore. “No entanto, apesar da massa efetiva muito baixa de portadores de carga neles (0,1-0,2), estudos de sua aplicação como uma camada semicondutora em transistores de película fina têm sido raros.”
Noh e seus colegas vêm realizando pesquisas explorando o potencial de transistores baseados em perovskita há mais de sete anos. Seu artigo recente baseia-se em seus trabalhos anteriores e utiliza especificamente CsSnI3, um material de perovskita incomum conhecido por sofrer uma variedade de transições de fase complexas.
O princípio subjacente ao funcionamento dos novos transistores criados pelos pesquisadores se assemelha ao que sustenta a operação dos transistores convencionais de modo de aprimoramento baseados em silício. Essencialmente, quando uma tensão apropriada é aplicada entre os eletrodos de fonte e dreno do transistor, essa tensão flui através do dispositivo em direção ao dreno.
“Encontramos uma maneira de aumentar o tamanho do grão de policristais de perovskita pela combinação de excesso de precursor de CsI de fluoreto de estanho e substituição de Sn por 10% de Pb”, explicou Noh. “Além disso, usando perovskita à base de Sn (a maioria dos dispositivos de perovskita de iodetos metálicos de alto desempenho, como células solares e LEDs, usam 100% Pb), alcançamos alto desempenho e minimizamos o uso de Pb, um metal prejudicial ao meio ambiente”.
Nas avaliações iniciais, os transistores desenvolvidos por Noh e seus colegas superaram todos os transistores desenvolvidos anteriormente baseados em perovskitas de iodetos metálicos. Notavelmente, seu desempenho é comparável ao dos transistores de polissilício que são usados atualmente para fabricar circuitos de acionamento para telas OLED.
Outra vantagem importante dos transistores recém-desenvolvidos é que, em contraste com outros dispositivos existentes baseados em perovskita de iodetos metálicos, eles contêm uma quantidade significativamente menor de chumbo. Isso poderia facilitar seu uso generalizado, pois o chumbo é conhecido por ser altamente tóxico e prejudicial ao meio ambiente na Terra.
“Embora as perovskitas de iodetos metálicos mostrem atualmente alto desempenho em comparação com o silício em células solares, a maioria dos dispositivos de perovskita de alto desempenho usa chumbo”, disse Noh. “Espero que esses dispositivos à base de chumbo sejam difíceis de comercializar, devido a considerações ambientais. Nesse sentido, nossas descobertas usaram principalmente estanho em vez de chumbo e fundamentalmente superaram esse problema tóxico da perovskita de iodetos metálicos”.
No futuro, os novos transistores introduzidos por essa equipe de pesquisadores poderão ser usados para controlar o fluxo de corrente elétrica em diversos dispositivos eletrônicos, incluindo telas OLED para computadores, TVs e smartphones. Além disso, seu design pode inspirar o desenvolvimento de células solares de melhor desempenho e LEDs contendo quantidades menores de chumbo.
“Atualmente, o transistor à base de estanho desenvolvido por nós apresenta alto desempenho, mas sua estabilidade no ar é baixa do ponto de vista de comercialização”, acrescentou Noh. “Portanto, pretendemos eventualmente melhorar ainda mais a estabilidade ao ar do dispositivo. Além disso, o dispositivo foi fabricado por meio de um processo de solução, mas gostaria de obter o mesmo desempenho usando o processo de deposição a vácuo, que pode ser produzido comercialmente em massa .”
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