Международная исследовательская группа разработала технологию, впервые позволившую интегрировать монокристаллические гибридные перовскиты в обычные электронные компоненты. Поскольку такие перовскиты можно синтезировать при низких температурах, это достижение открывает дорогу новым возможностям в области органической («гибкой») электроники, и оно способно значительно снизить стоимость электронных устройств.
Гибридные перовскиты (ГП) содержат как неорганические, так и органические компоненты, и их можно производить путём нанесения «чернил» (пасты для создания толстоплёночных микросхем) на рулонный пластик. ГП являются объектом обширных исследований, ввиду возможности их применения в солнечных фотоэлементах, светодиодах и фотодетекторах. Однако, при интеграции монокристальных ГП в обычные электронные устройства возникают проблемы.
Монокристаллические ГП предпочтительны, потому что монокристаллические материалы обладают лучшими характеристиками по сравнению с поликристаллическими, содержащими больше дефектов, отрицательно влияющих на работу электроники.
Трудности внедрения монокристальных ГП в электронные компоненты вызваны тем фактом, что при синтезе традиционными методами эти макроскопические кристаллы образуют грубые, неровные края. Это затрудняет их интеграцию с другими материалами, поскольку в электронике предъявляются высокие требования к качеству контактов.
Эту проблему решили, синтезировав кристаллы ГП между двумя многослойными поверхностями, по сути получив гибридный монокристаллический перовскитный «сэндвич». Перовскит адаптируется к двум разным материалам сверху и снизу, создавая резкую границу раздела между ними. Эти материалы могут быть любыми — от стеклянных пластин до кремниевых, снабжённых электродами и образующих готовый транзистор или схему.
Существует возможность тонкой настройки электрических свойств перовскита путём включения в его состав различных галогенидов. .
«Мы показали возможность создания работающих полевых транзисторов, используя монокристальные гибридные перовскиты, произведённые в обычной атмосфере», — говорит Арам Амассиан, соавтор работы и аспирант университета Северной Каролины.
«Это представляет интерес, поскольку традиционные монокристаллические материалы производятся в сверхвысоком вакууме при высоких температурах и часто требуют сложного эпитаксиального выращивания, — рассказывает Арам Амассиан. — Но гибридные перовскиты можно выращивать из раствора и, что важно, из «чернил» в обычной атмосфере и при температуре ниже 100 градусов Цельсия. Это делает их привлекательными в плане затрат в организации промышленного производства. Также это делает их совместимыми с гибкими пластиковыми подложками, а значит они найдут применение в «гибкой» электронике и в сфере «Интернета вещей».
«Всё же в этой области пока имеются серьёзные проблемы. Например, гибридные перовскиты содержат токсичный свинец, что плохо сочетается с, например, носимой электроникой. Но сейчас ведутся разработки гибридных перовскитов, не содержащих не только свинец, но даже металлов вообще, и наша работа является значительным шагом на пути внедрения этих материалов в работоспособные устройства».