Современная полупроводниковая технология основана на таких непрозрачных материалах, как кремний, арсенид галлия и т. д. Многообещающей альтернативой считаются прозрачные металлоксидные полупроводники. Однако создание полупроводниковых устройств на основе оксидов металлов всегда требовало экстремально высоких температур, которые значительно превосходят температуры плавления многих прозрачных, гибких полимерных подложек.

Самый современный образец гибкой электроники, содержащий множество непрозрачных компонентов. Новая технология позволит исправить эту недоработку. (Фото National Science Foundation.)

Новый метод производства металлоксидных полупроводниковых устройств при комнатной температуре с использованием облучения ультрафиолетом предложен учёными из Корейского института электронных технологий (Южная Корея). УФ-свет применён здесь для химической активации металлических частиц в растворе. Образующиеся при этом молекулы оксида металла конденсировались из раствора, образуя тонкие полупроводящие плёнки. Процесс доступен при температурах, значительно более низких, чем 350 ˚C, привычные для производства металлоксидных полупроводников традиционными методами.

Прозрачная электроника очень важна для ряда медицинских, транспортных и научных приложений. Традиционные полупроводниковые материалы вообще нельзя использовать для создания гибкой электроники ввиду их излишней хрупкости. С другой стороны, органические полупроводники отличаются неустойчивостью электронных характеристик в стрессовых условиях (таких как сгибание); они также не настолько эффективно проводят заряд (низкая плотность носителей заряда). А вот металлоксидные полупроводники свободны от этих недостатков. Они обладают высокой плотностью носителей электрического заряда, являясь при этом скорее аморфными твёрдыми веществами, нежели высокоструктурированными кристаллами. Последнее обстоятельство делает металлоксидные плёнки чрезвычайно гибкими.

Предыдущие эксперименты использовали золь-гель-технологию, для которой металлы (обычно индий, галлий и (или) цинк, то есть речь идёт о получении таких оксидов, как IGZO, In2O3 и т. п.) растворялись в 2-метоксиэтаноле. Собственно металлоксидные плёнки формировались отжигом, то есть нагреванием раствора (золя) до высоких температур, при котором происходило разложение органической части золя с образованием оксида металла. При охлаждении молекулы оксида выпадали из раствора, образуя тонкую прозрачную плёнку, которая могла наноситься на заранее протравленную подложку, формируя электронную схему. Используемая высокая температура (350 ˚C) всегда была большой проблемой, так как намного превосходит температуры плавления большинства гибких прозрачных подложек, ради которых всё и затевается. Совершенно неважно, насколько тонкой и прозрачной получится плёнка полупроводникового оксида, если её придётся наносить на толстую, непрозрачную и жёсткую подложку (лишь бы не расплавилась).

В нынешнем исследовании удалось обойти процесс отжига, применив вместо экстремального нагревания ультрафиолетовое облучение. У УФ-фотонов достаточно энергии, чтобы вызвать диссоциацию многих органических молекул. В данном случае в качестве растворителя использовалось вещество, способное разлагаться при комнатной температуре под действием ультрафиолета, окисляя при этом атомы так же, как это происходит при термическом разрушении золя на основе 2-метоксиэтанола. Сравнивая свойства плёнок, полученных термическим и УФ-разложением золя, учёные пришли к выводу, что материалы, созданные по новой методике, обладают даже большей эффективностью.

Единственным недостатком УФ-метода авторы называют существенный разогрев мощной ртутной лампы, повышающей температуру золя и образующихся плёнок до 150 ˚C. (После такого замечания вполне можно засомневаться в том, а УФ ли это активирует… Может быть, всё дело в этих 150 ˚C, просто растворитель попался менее стойкий?)

Подробное описание нового метода получения металлоксидных полупроводников можно найти в журнале Nature.

Подготовлено по материалам Ars Technica.

Источник: http://science.compulenta.ru/706928/