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No filme Vingadores, super-heróis como Homem de Ferro, Capitão América, Hulk e Thor contribuem cada um com seu superpoder e charme únicos. Quando se unem como uma equipe, sua sinergia se torna uma força formidável. Esta analogia é semelhante às descobertas recentes na investigação de semicondutores, onde colaborações que se assemelham ao notável trabalho de equipa dos Vingadores estão a remodelar a tecnologia de semicondutores.
A equipe de pesquisa liderada pelo Professor Yong-Young Noh, Dr. Ao Liu e Dr. Huihui Zhu do Departamento de Engenharia Química da Universidade de Ciência e Tecnologia de Pohang (POSTECH) desenvolveu transistores de perovskita de classe mundial através da utilização de três distintos processos de cátion perovskita. Esta pesquisa colaborativa foi recentemente publicada em Eletrônica da Natureza em 21 de agosto de 2023.
Na tecnologia de semicondutores, os transistores do tipo n e do tipo p são necessários para a construção de circuitos eletrônicos. Os semicondutores do tipo N facilitam o fluxo de corrente através do movimento dos elétrons, enquanto os semicondutores do tipo p permitem que a corrente passe pelo movimento dos buracos.1. Apesar desta necessidade de semicondutores do tipo n e do tipo p para circuitos eletrônicos, o desenvolvimento de semicondutores eficientes do tipo p tem sido um desafio devido à mobilidade eletrônica superior da maioria dos materiais semicondutores em comparação com a mobilidade do buraco. Esta questão foi reconhecida como um dos 10 principais desafios em tecnologia pelo país.
As perovskitas de haleto de estanho representam semicondutores promissores do tipo p com impressionante mobilidade de furos, tornando-os candidatos para transistores de canal p de alto desempenho de próxima geração. Perovskitas, descritas pela fórmula química ABX3, consistem em dois tipos de cátions (A e B) e um ânion (X). A equipe de pesquisa tem desenvolvido materiais semicondutores de perovskita tipo P de alto desempenho, combinando vários compostos. Em 2022, eles desenvolveram transistores com o melhor desempenho da época usando uma combinação de iodeto de césio-estanho (Cs-Sn-I) e relataram suas descobertas em Eletrônica da Natureza.
Neste estudo, a equipe empregou engenhosamente uma mistura de três cátions – formamidinio (FA), césio (Cs) e fenetilamônio (PEA) – no sítio A da perovskita (ABX3) cátions. Embora estudos anteriores tenham usado esses cátions separadamente, este estudo é o primeiro a combinar os três. Como resultado, a equipe conseguiu desenvolver uma camada semicondutora de perovskita tipo P de alta qualidade com defeitos reduzidos.
Com base nessa conquista, eles implementaram transistores com alta mobilidade de furos (70 cm2V-1é-1) e uma relação de corrente liga/desliga (108), permitindo uma computação mais rápida com menor consumo de energia. Esses resultados representam o mais alto nível de desempenho de transistores de perovskita tipo p relatado até o momento, quase equivalente aos transistores de polissilício de baixa temperatura disponíveis comercialmente usados em circuitos de acionamento OLED. A equipe de pesquisa conseguiu mais uma vez desenvolver os transistores de melhor desempenho do mundo, superando o desempenho do ano anterior.
O professor Noh observou: “Se o desempenho dos semicondutores do tipo p de processo de baixa temperatura melhorar para ser comparável aos semicondutores do tipo n, podemos criar circuitos eletrônicos com desempenho mais rápido e aumentar muito as velocidades de processamento de dados. Tenho esperança de que esta pesquisa encontre ampla aplicação na área de engenharia elétrica e eletrônica, aproveitando o potencial de semicondutores e transistores.”
Este estudo recebeu apoio do Programa BK21 FOUR para Educação para Líderes Inovadores de Engenharia Química da Fundação Nacional de Pesquisa da Coreia (NRF), do Programa Nacional de Laboratório de Semicondutores e do Samsung Display.
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