Une équipe internationale de chercheurs a mis au point une technique qui, pour la première fois, permet d'intégrer dans l'électronique des matériaux pérovskites hybrides monocristallins. Parce que ces pérovskites peuvent être synthétisées à basse température, cette avancée ouvre la porte à de nouvelles recherches sur l'électronique flexible et à des coûts de fabrication potentiellement réduits pour les appareils électroniques.

Les pérovskites hybrides contiennent à la fois des composants organiques et inorganiques et peuvent être synthétisés à partir d'encres, ce qui les rend aptes à la fabrication rouleau à rouleau sur de grandes surfaces. Ces matériaux font l'objet de recherches approfondies pour une utilisation dans les cellules solaires, diodes électroluminescentes (DEL) et photodétecteurs. Cependant, il y a eu des défis dans l'intégration des pérovskites hybrides monocristallines dans des appareils électroniques plus classiques, comme les transistors.

Les pérovskites hybrides monocristallines sont préférables car les matériaux monocristallins ont des propriétés plus souhaitables que les matériaux polycristallins; les matériaux polycristallins contiennent plus de défauts qui affectent négativement les propriétés électroniques d'un matériau.

Le défi d'incorporer des pérovskites hybrides monocristallines dans l'électronique provient du fait que ces cristaux macroscopiques, lorsqu'il est synthétisé à l'aide de techniques conventionnelles, avoir rugueux, bords irréguliers. Cela rend difficile l'intégration avec d'autres matériaux de telle sorte que les matériaux créent les contacts de haute qualité nécessaires dans les appareils électroniques.

Les chercheurs ont contourné ce problème en synthétisant les cristaux de pérovskite hybride entre deux surfaces stratifiées, créant essentiellement un sandwich à pérovskite hybride monocristallin. La pérovskite est conforme aux matériaux ci-dessus et ci-dessous, résultant en une interface nette entre les matériaux. Le substrat et le superstrat, le "pain" dans le sandwich, peut être n'importe quoi, des lames de verre aux plaquettes de silicium déjà incrustées d'électrodes, ce qui donne un transistor ou un circuit prêt à l'emploi.

Les chercheurs peuvent affiner davantage les propriétés électriques de la pérovskite en sélectionnant différents halogénures à utiliser dans la composition chimique de la pérovskite. Le choix de l'halogénure détermine la bande interdite du matériau, ce qui affecte l'apparence de la couleur du semi-conducteur résultant et conduit à des dispositifs électroniques transparents et même imperceptibles lors de l'utilisation de pérovskites à large bande interdite.

« Nous avons démontré la capacité de créer des transistors à effet de champ fonctionnels à l'aide de matériaux pérovskites hybrides monocristallins fabriqués dans l'air ambiant, " dit Aram Amassian, auteur correspondant d'un article sur le travail et professeur agrégé de science et d'ingénierie des matériaux à NC State.

"C'est intéressant car les matériaux monocristallins traditionnels doivent être fabriqués sous ultra-vide, environnements à haute température, et nécessitent souvent une croissance épitaxiale exquise, " dit Amassian. " Les pérovskites hybrides peuvent être cultivées à partir d'une solution, essentiellement à partir d'une encre, dans l'air ambiant à des températures inférieures à 100 degrés Celsius. Cela les rend attractifs d'un point de vue coût et fabrication. Cela les rend également compatibles avec les flexibles, substrats à base de plastique, ce qui signifie qu'ils peuvent avoir des applications dans l'électronique flexible et dans l'Internet des objets (IoT).

"Cela dit, il y a encore des défis majeurs ici, " dit Amassian. " Par exemple, les pérovskites hybrides actuelles contiennent du plomb, ce qui est toxique et n'est donc pas souhaitable pour des applications telles que l'électronique portable. Cependant, des recherches sont en cours pour développer des pérovskites hybrides qui ne contiennent pas de plomb ou qui sont même entièrement sans métal. C'est un domaine de recherche passionnant, et nous pensons que ce travail est un pas en avant important pour l'intégration de ces matériaux dans les appareils, menant au développement de nouvelles applications technologiques.

Le papier, "Transistors à effet de champ à pérovskite hybride monocristallin, " est publié dans la revue Communication Nature .