Các nhà khoa học tạo ra chất bán dẫn perovskite tiên tiến, tiết kiệm điện hơn

Một nhóm nhà nghiên cứu từ Đại học khoa học và công nghệ Pohang (POSTECH), Hàn Quốc phối hợp cùng các giáo sư từ Đại học khoa học và công nghệ điện tử Trung Quốc (UESTC), phát triển một công nghệ đột phá có ích cho việc sử dụng các thiết bị điện tử. Nhóm đã khám phá ra cách tạo ra chất bán dẫn mạnh mẽ, hiệu quả bằng phương pháp gọi là bốc hơi nhiệt.

Khi bạn phát trực tuyến video, chơi trò chơi hoặc lướt mạng xã hội trên điện thoại thông minh, hàng nghìn linh kiện nhỏ gọi là bóng bán dẫn đang hoạt động. Các bóng bán dẫn này hoạt động như tín hiệu kiểm soát dòng điện để đảm bảo mọi thứ chạy trơn tru.

Thông thường, bóng bán dẫn được chia thành hai loại: loại n, di chuyển các electron và loại p, di chuyển các “lỗ trống” hoặc không gian mà electron không có. Cho đến nay, bóng bán dẫn loại n luôn nhanh hơn, hiệu quả hơn bóng bán dẫn loại p, điều này hạn chế mức độ mạnh mẽ của các thiết bị.

Để giải quyết vấn đề này, các nhà nghiên cứu tập trung vào một vật liệu đặc biệt gọi là perovskite gốc thiếc, có cấu trúc tinh thể độc đáo, lý tưởng cho bóng bán dẫn loại p hiệu suất cao. Theo truyền thống, vật liệu này chỉ có thể tạo ra, thông qua quy trình tương tự như ngâm mực vào giấy, không lý tưởng cho sản xuất quy mô lớn vì khó kiểm soát chất lượng.

Trong một bước đột phá quan trọng, nhóm nghiên cứu áp dụng phương pháp gọi là bốc hơi nhiệt, thường sử dụng rộng rãi để sản xuất tivi OLED và chip bán dẫn. Kỹ thuật này liên quan đến việc nung nóng vật liệu cho đến khi chúng biến thành hơi, sau đó để chúng lắng xuống bề mặt, tạo thành các lớp mỏng, đều.

Với phương pháp này, họ có thể tạo ra các lớp vật liệu chất lượng cao gọi là cesium-tin-iodide (CsSnI3). Để làm cho vật liệu tốt hơn nữa, họ thêm một lượng nhỏ chì clorua (PbCl2), giúp cải thiện độ mịn và chất lượng của màng mỏng.

Các bóng bán dẫn làm từ những màng mỏng này cho thấy hiệu suất ấn tượng, với tốc độ (tính di động) trên 30 cm²/V•s và tỉ lệ dòng điện bật/tắt là 10⁸, tương đương với chất bán dẫn loại n thương mại. Điều này có nghĩa là các bóng bán dẫn loại p mới không chỉ nhanh hơn mà còn tiêu thụ ít điện năng hơn.

Cải tiến này giải quyết được hai vấn đề lớn: tăng cường tính ổn định của thiết bị và cho phép tạo ra các mạch diện tích lớn, điều mà các phương pháp cũ không thể thực hiện được. Tuyệt vời hơn nữa, công nghệ này phù hợp với các thiết bị được sử dụng để sản xuất màn hình OLED, giúp sản xuất rẻ hơn và dễ dàng hơn.

Công nghệ mới này có thể mở đường cho màn hình siêu mỏng, linh hoạt, có độ phân giải cao cho điện thoại thông minh, tivi, thậm chí cả thiết bị điện tử đeo được, nhờ nhiệt độ xử lý thấp dưới 300⁰C. Bước đột phá này có thể là chìa khóa cho các thiết bị điện tử thế hệ tiếp theo nhanh hơn, hiệu quả hơn và dễ sản xuất hơn.

Phát hiện của nhóm nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Electronics.