La microélectronique utilise divers matériaux fonctionnels dont les propriétés les rendent adaptés à des applications spécifiques. Par exemple, les transistors et les dispositifs de stockage de données sont en silicium, et la plupart des cellules photovoltaïques utilisées pour produire de l'électricité à partir de la lumière du soleil sont également actuellement constituées de ce matériau semi-conducteur. En revanche, les semi-conducteurs composés tels que le nitrure de gallium sont utilisés pour générer de la lumière dans des éléments optoélectroniques tels que les diodes électroluminescentes (DEL). Les procédés de fabrication sont également différents pour les différentes classes de matériaux.

Dépasser le labyrinthe des matériaux et des méthodes

Les matériaux pérovskites hybrides promettent une simplification en organisant les composants organiques et inorganiques du cristal semi-conducteur dans une structure spécifique. "Ils peuvent être utilisés pour fabriquer toutes sortes de composants microélectroniques en modifiant leur composition, " dit le professeur Emil List-Kratochvil, chef d'un groupe de recherche commun au HZB et à la Humboldt-Universität.

Quoi de plus, le traitement des cristaux de pérovskite est relativement simple. "Ils peuvent être produits à partir d'une solution liquide, ainsi vous pouvez construire le composant souhaité une couche à la fois directement sur le substrat, " explique le physicien.

Premières cellules solaires issues d'une imprimante jet d'encre, maintenant aussi des diodes électroluminescentes

Les scientifiques du HZB ont déjà montré ces dernières années que les cellules solaires peuvent être imprimées à partir d'une solution de composés semi-conducteurs et sont aujourd'hui les leaders mondiaux de cette technologie. Maintenant pour la première fois, l'équipe commune de HZB et HU Berlin a réussi à produire des diodes électroluminescentes fonctionnelles de cette manière. Le groupe de recherche a utilisé une pérovskite aux halogénures métalliques à cette fin. C'est un matériau qui promet une efficacité particulièrement élevée dans la génération de lumière, mais qui est en revanche difficile à traiter.

"Jusqu'à maintenant, il n'a pas été possible de produire ce genre de couches semi-conductrices avec une qualité suffisante à partir d'une solution liquide, " dit List-Kratochvil. Par exemple, Les LED pourraient être imprimées uniquement à partir de semi-conducteurs organiques, mais ceux-ci ne fournissent qu'une luminosité modeste. "Le défi était de savoir comment faire cristalliser rapidement et uniformément le précurseur de type sel que nous avons imprimé sur le substrat en utilisant une sorte d'attractif ou de catalyseur, " explique le scientifique. L'équipe a choisi un cristal germe à cet effet :un cristal de sel qui se fixe au substrat et déclenche la formation d'un maillage pour les couches de pérovskite suivantes.

Caractéristiques optiques et électroniques nettement meilleures

De cette façon, les chercheurs ont créé des LED imprimées qui possèdent une luminosité beaucoup plus élevée et des propriétés électriques considérablement meilleures que celles qui pouvaient être obtenues auparavant en utilisant des procédés de fabrication additive. Mais pour List-Kratochvil, ce succès n'est qu'une étape intermédiaire sur la voie de la future micro- et optoélectronique qui, selon lui, reposera exclusivement sur des semi-conducteurs pérovskites hybrides. « Les avantages offerts par une seule classe de matériaux universellement applicable et un seul processus simple et rentable pour la fabrication de tout type de composant sont frappants, " dit le scientifique. Il envisage donc de fabriquer à terme tous les composants électroniques importants de cette façon dans les laboratoires de HZB et HU Berlin.

List-Kratochvil est professeur de dispositifs hybrides à la Humboldt-Universität zu Berlin et directeur d'un laboratoire commun fondé en 2018 qui est exploité par HU avec HZB. En outre, une équipe dirigée conjointement par List-Kratochvil et la scientifique du HZB, le Dr Eva Unger, travaille dans le laboratoire d'innovation Helmholtz HySPRINT sur le développement de procédés de revêtement et d'impression - également connus dans le jargon technique sous le nom de "fabrication additive" - ​​pour les pérovskites hybrides. Ce sont des cristaux possédant une structure pérovskite qui contiennent à la fois des composants inorganiques et organiques.