Команда ученых разработала технологию, использующую высокую температуру химической реакции горения атомов металла и кислорода для формирования тонкопленочных полупроводниковых покрытий при низких температурах. Это открытие может проложить путь гибкой тонкопленочной электронике следующего поколения. Работа, в которой описывается получение полупроводниковых тонкопленочных покрытий с различными составами, появилась в воскресенье в журнале Nature Materials.

Тонкопленочная электроника, использующаяся в современных плоских дисплеях, основана на использовании аморфного кремния, имеющего хаотическую структуру. Но, в настоящее время аморфный кремний, как полупроводниковый материал, приближается к границам своих физических и электрических возможностей. Поэтому в области тонкопленочной электроники скоро состоится дебют других аморфных полупроводниковых материалов – оксидов различных металлов. Электроны, двигающиеся в среде аморфных оксидов металлов, могут делать свою работу в десятки раз быстрее, чем в среде аморфного кремния, следовательно, электроника на основе новых материалов будет значительно быстрей.

Для получения тонкопленочных полупроводников сейчас используется процесс осаждения на цель выпаренного материала в вакуумной камере. В случае использования в качестве материала кремния проблем не возникает. Но вот для уплотнения пленки из оксидов металлов требуется воздействие высокой температуры выше 300 °C, что на 100 °C превышает допустимое значение температуры, выдерживаемой большинством полимерных материалов. Группа ученых в составе Меркюри Канатазидиса, Тобина Маркса, Антонио Факкетти, и Мюнг-Джила Ким из Северо-Западного университета нашли выход из этого затруднительного положения, заменив внешнее высокотемпературное воздействие высокой температурой внутренней химической реакции.

Полиметаллические оксидные пленки получены с использованием водо- и металлосодержащих солей. Когда температура окружающей среды поднимается достаточно высоко, атомы кислорода связываются с атомами металлов, формируя хаотическую путаницу химических связей. Для повышения энергонасыщенности исходной смеси ученые добавили в нее соединение ацетилацетона и мочевины. Повышение температуры до отметки в 200 °C вызвало возникновение устойчивой реакции горения, которая произвела локальную более высокотемпературную область, внутри которой произошло формирование пленки из оксида металла.

В дальнейших исследованиях ученые должны будут ответить на один главный вопрос, который решить будущее такой технологии. А этим вопросом является устойчивость устройств на основе тонкопленочных полупроводников из оксидов металлов. Пороговое напряжение, открывающее тонкопленочные транзисторы имеет свойство изменяться со временем, пропорционально времени использования устройства. Именно поэтому со временем тускнеют экраны мониторов и мобильных телефонов, а при низкой температуре такие устройства вообще теряют свою работоспособность.

«если новый процесс синтеза тонкопленочных транзисторов приведет к появлению более устойчивых устройств – это однозначно будет очень важным событием в электронике» – говорит Джон Уоджер из Университета штата Орегон.