Permettre la recherche de FET à pérovskite à haut débit par une station de mesure FET automatisée personnalisable

Résumé

Ce protocole présente un procédé à haut débit pour la fabrication et la caractérisation de transistors à effet de champ en couche mince de pérovskite. Nous décrivons un processus de fabrication personnalisable à l’aide de la photolithographie et présentons une procédure de caractérisation automatisée combinant un multiplexeur avec des cartes de mesure personnalisées et un logiciel auto-écrit.

Résumé

Les transistors à effet de champ à couche mince (PeFET) à base de pérovskite n’ont pas encore atteint le plein potentiel théorique de cette classe prometteuse de matériaux. Pour combler cette lacune, il est essentiel de développer et d’optimiser de nouvelles compositions de pérovskites et de nouvelles techniques de fabrication. Compte tenu de la grande variété de composés potentiels ainsi que de la multiplicité des variables d’influence telles que la concentration, la température et le choix du solvant, une approche de recherche à haut débit est essentielle pour une exploration et un avancement efficaces. Nous présentons un processus flexible et personnalisable qui s’étend de la fabrication du substrat à la caractérisation du dispositif. Ce processus est rendu possible et intègre la photolithographie pour la modélisation personnalisée, une station de mesure automatisée pour la caractérisation FET et l’analyse automatisée des données. La station de mesure automatisée est basée sur un multiplexeur, qui est relié à cinq cartes de mesure. Les cartes de mesure sont configurées pour mesurer un substrat avec quatre appareils chacun. Permettant la mesure automatisée de 20 appareils avec jusqu’à 5 formulations de pérovskites différentes. À l’aide de procédures de test standardisées, les données brutes sont automatiquement analysées pour obtenir les caractéristiques de transfert et de sortie des PeFET ainsi que des paramètres de performance clés tels que la tension de seuil, l’oscillation sous-seuil et la mobilité de l’effet de champ. Le résultat est un pool de données systématiquement organisé avec des données facilement comparables pour différentes compositions de pérovskites ou modifications dans les conditions de fabrication.

Introduction

Le domaine des dispositifs optoélectroniques à base de pérovskite aux halogénures métalliques (MHP) a connu des progrès étonnants au cours des deux dernières décennies. L’intégration réussie dans le photovoltaïque et les diodes électroluminescentes (LED) a conduit à un intérêt toujours croissant pour cette classe de matériaux. L’efficacité de conversion de puissance des cellules solaires basées sur MHP a rapidement augmenté, passant de 13,9 % en 2013 à 26,7 % en 2024 1,2,3,4,5,6. Les LED basées sur MHP ont dépassé une efficacité quantique externe de 20 % sur une large gamme du spectre visible, en utilisant la capacité d’une bande interdite finement réglable, permettant également des LED bicolores ^7,8,9. Ces développements impressionnants montrent les capacités des MHP pour les dispositifs optoélectroniques.

Néanmoins, les progrès dans le domaine des transistors à effet de champ à couche mince (PeFET) basés sur MHP n’ont pas encore connu le même succès dans le développement. Malgré le fait que les propriétés théoriques des MHP devraient en faire un choix prometteur pour les FET, avec des mobilités théoriques de porteurs de charge de plus de 1000 cm^{2 V-1 s-1} et un transport de porteurs équilibrés à longue portée 10,11,12. Cependant, les appareils les plus performants du monde réel ont atteint des mobilités de porteurs de charge allant jusqu’à 55 cm^{2 V-1 s-1}, ce qui est déjà une réalisation impressionnante, mais cela montre qu’il y a encore beaucoup de place pour l’amélioration¹³.

L’augmentation des performances des PeFET au cours des dernières années a été obtenue en optimisant l’architecture du dispositif, les propriétés de l’interface et la composition MHP 13,14,15,16. De plus, l’ajout d’une variété d’additifs comme SnF_2, SbF 3 ou les pseudohalogénures a donné des résultats prometteurs 17,18,19,20. La combinaison du grand nombre de précurseurs possibles de pérovskites avec le nombre croissant d’additifs intéressants conduit à un nombre très élevé de compositions possibles de pérovskites. Compte tenu de la variété des variables expérimentales, telles que la concentration, le solvant et la température, une méthode à haut débit est essentielle dans la recherche de PeFET à haute performance.

Nous présentons un procédé de fabrication évolutif et personnalisable de substrats de transistors basé sur la photolithographie. La plupart des architectures PeFET utilisées reposent sur au moins une des couches de contact d’un système de masque d’ombre 17,18,19,20,21. Bien qu’ils soient simples à utiliser et très rapides, les masques d’ombres à paupières ont des bords relativement doux et s’usent avec le temps. De plus, le motif est prédéfini et ne peut pas être adapté à l’évolution des besoins. La photolithographie, en revanche, présente des motifs et des bords très nettement définis, car la résine photosensible est appliquée directement sur la surface du substrat. Avec la photolithographie sans masque, le motif peut être modifié pour chaque exposition si nécessaire, ce qui permet des ajustements d’un lot à l’autre ou même d’un substrat à l’autre. Étant donné que l’exposition de substrats uniques est fastidieuse et prend du temps, un substrat en verre de 5 cm x 5 cm est traité comme une unité jusqu’au moment où toutes les électrodes sont finies, puis est coupé en 25 substrats de 1 cm x 1 cm, ce qui réduit considérablement le temps de fabrication de 16 h à 4 h. Il est également possible d’utiliser un substrat en verre plus grand, ce qui augmentera le nombre de substrats par lot et augmentera le processus.

Pour tirer parti de l’augmentation de la vitesse de fabrication, il est également essentiel de disposer d’un processus de caractérisation capable de fonctionner de manière fiable avec un grand nombre d’appareils. Nous présentons une configuration de mesure, qui combine un multiplexeur avec des cartes de mesure faites maison, qui peuvent être contrôlées directement à partir du logiciel de contrôle de l’analyseur de paramètres (Figure 1). Cette configuration permet la mesure automatique de 5 substrats avec 4 appareils chacun. Après la mesure, les données résultantes sont automatiquement évaluées par un script auto-écrit (fichier supplémentaire 1), qui calcule les paramètres de performance clés des PeFET et les enregistre dans un pool de données, ce qui facilite la comparaison des résultats et l’observation des tendances à long terme.

La combinaison du processus de fabrication plus rapide avec la procédure de caractérisation automatisée permet d’obtenir un processus fiable, évolutif et à haut débit, qui est également flexible et personnalisable, ce qui en fait un outil puissant dans la recherche de nouvelles compositions MHP.

Figure 1 : Schéma expérimental du processus de recherche PeFET à haut débit présenté. (1) La fabrication du substrat sur un seul grand substrat. (2) Le traitement du substrat unique par l’application de la pérovskite. (3) La mesure automatisée et l’analyse des données. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Protocole

Les détails des réactifs et de l’équipement utilisés dans cette étude sont énumérés dans la table des matériaux.

1. Photolithographie

1. Nettoyage du substrat
   1. Prenez un substrat en verre de 50 mm sur 50 mm et faites-le soniser pendant 10 min dans de l’isopropanol (IPA), puis séchez-le avec un pistolet à azote. Répétez l’opération avec de l’acétone.
   2. Après séchage, placez le substrat dans un plasma d’oxygène à basse pression (5 min, 20 sccm, 0,35 mbar, 150 W).
      REMARQUE : Cette procédure est la procédure de nettoyage standard et est destinée à être répétée chaque fois que le texte suivant indique des supports propres.
2. Lithographie de portail
   1. Placez le substrat nettoyé sur une machine à revêtir et pipetez 600 μL de résine photosensible au milieu du substrat. Démarrer la machine de revêtement par centrifugation (60 s, 4000 tr/min, 2000 acc, 3,5 μm).
   2. Transférez le substrat sur une plaque chauffante préchauffée pour la cuisson pré-exposition (60 s, 110 °C). Après refroidissement, transférez le substrat dans la machine de photolithographie sans masque pour l’exposition (15 mW, 75 %, 1 x 1).
   3. Placez le support entièrement exposé sur une plaque chauffante préchauffée pour la cuisson post-exposition (70 s, 110 °C).
   4. Développez la résine photosensible dans le révélateur pendant 90 s, rincez à l’eau et séchez avec un pistolet à azote.
3. Évaporation Cu de la porte
   1. Transférez le substrat dans un plasma d’oxygène à basse pression (5 min, 20 sccm, 0,35 mbar, 150 W).
   2. Placez le substrat dans une chambre d’évaporation. Tout d’abord, évaporez 5 nm de Cr, suivi de 50 nm de Cu. Sortez le substrat de la chambre d’évaporation, immergez-le dans l’extracteur et sonicate pendant 30 min à 50 °C.
4. Dépôt de couche atomique (ALD) d’Al₂O₃
   1. Nettoyez le support. Transférez le substrat dans la machine ALD. Exécutez la recette Al₂O₃ pendant 800 cycles, ce qui donne une couche de 100 nm d’Al₂O₃.
      REMARQUE : Un cycle se compose d’une impulsion de 35 ms de triméthylaluminium suivie d’une impulsion_H2O de 250 ms. La température de la chambre pour les 25 premiers cycles est de 100 °C et de 200 °C pour les 775 cycles suivants.
5. Lithographie source/drain
   1. Nettoyez le support. Appliquez la résine photosensible sur le substrat comme décrit à l’étape 1.2.
   2. Alignez le substrat avec les marqueurs de la première couche de lithographie dans la machine de photolithographie avant l’exposition. Exposer, cuire après l’exposition et développer en suivant l’étape 1.2.
6. Évaporation source/drain Au
   1. Transférez le substrat dans un plasma d’oxygène à basse pression (5 min, 20 sccm, 0,35 mbar, 150 W). Placez le substrat dans une chambre d’évaporation. Tout d’abord, évaporez 5 nm Cr, suivi de 50 nm Au.
   2. Retirez le substrat de la chambre d’évaporation, immergez-le dans un décapant photosensible et sonicez pendant 30 min à 50 °C.
7. Découper le substrat en dés
   1. Nettoyez le support. Appliquer la résine photosensible à l’aide de la machine à revêtir (60 s, 4000 tr/min, 2000 unités, 3,5 μm). Placez le substrat sur une plaque chauffante (5 min, 110 °C).
   2. Transférez le substrat dans la scie à gaufrettes et coupez-le en dés en substrats de 10 mm x 10 mm. Retirez la résine photosensible en la soniquant pendant 30 min à 50 °C dans le dissolvant (Figure 2).

Figure 2 : Représentation schématique du processus de fabrication d’un substrat de 5 cm x 5 cm. Cela comprend les étapes ultérieures de photolithographie, suivies d’un découpage en dés sur des substrats de 1 cm x 1 cm (A). Images des substrats finaux du transistor contenant 4 dispositifs avec et sans couche de pérovskite et d’un substrat de condensateur (B). Un substrat de condensateur par lot est fabriqué pour mesurer la constante diélectrique de la couche Al₂O₃. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

2. Revêtement par centrifugation de la couche de pérovskite

REMARQUE : À partir de là, toutes les étapes suivantes sont effectuées dans une boîte à gants en raison de la sensibilité à l’air de la couche de pérovskite.

1. Préparation de la solution
   1. Préparez la solution de précurseur 1 jour avant l’enrobage de centrifugation.
   2. Peser 150 mg de SnI₂ et dissoudre dans 1398 μL de DMF. Peser 125 mg CsI et dissoudre dans 1203 μL de la solution de SnI₂ . Peser 15 mg PbI₂ et dissoudre dans 1017 μL de la solution de CsSnI₃ , ce qui donne une solution à 0,4 M de Cs(Sn_0,9Pb_0,1)I₃ avec un excès de Cs par rapport à Sn + Pb de 1,25:1. Peser 6 mg de SnF₂ et dissoudre dans 1000 μL de DMF.
   3. Agitez les solutions préparées à 60 °C pendant la nuit.
2. Revêtement par centrifugation
   1. Ajouter 765 μL de la solution de SnF₂ préparée à la solution de 1017 μL de Cs(Sn_0,9Pb_0,1)I₃ juste avant l’enrobage de centrifugation. Placez le substrat dans la machine à revêtir par essorage.
   2. Pipette de 20 μL de la solution de précurseur préparée au milieu du substrat. Démarrer la machine de revêtement (150 s, 4000 tr/min, 1000 acc, 40 nm). Recuit les substrats revêtus par centrifugation pendant 5 min à 120 °C.
3. Séparation des appareils
   1. Sur chaque substrat se trouvent quatre dispositifs, qui doivent être séparés pour éviter les interactions croisées. Prenez un bâtonnet de coton, trempez-le dans du DMF et prenez un substrat de la plaque chauffante.
   2. Tirez avec le bâtonnet de coton sur le substrat encore chaud autour des différents appareils et séparez la couche de pérovskite. Retirez la couche de pérovskite de tous les coussinets de contact de la même manière.

3. Caractérisation

1. Configuration matérielle
   1. Placez le substrat à l’envers dans la carte de mesure et assurez-vous que les pastilles de contact des bons appareils s’alignent avec les broches correspondantes sur la carte de mesure (Figure 3).
   2. Connectez la carte de mesure au multiplexeur. Connectez le multiplexeur à la SMU de l’analyseur de paramètres via deux câbles coaxiaux, l’un pour le contact de la grille et l’autre pour les contacts source/drain, qui relient la source à la SMU et le drain à la terre.
2. Configuration du logiciel
   1. Assurez-vous que tous les câbles sont connectés de la bonne manière. Allumez l’analyseur de paramètres et démarrez le logiciel de contrôle en tant qu’administrateur.
   2. Configurez la mesure en définissant le nombre de cartes de mesure connectées au multiplexeur et chargées avec un substrat. Définissez les noms/identifiants des substrats et le nombre de dispositifs qui doivent être caractérisés.
   3. Configurez le drain pour toutes les mesures en tant que masse commune. Pour les mesures de transfert, configurez un balayage linéaire de tension au niveau de la grille allant de 25 V à -30 V, avec un pas de tension de -0,1 V. Configurez la source en tant que polarisation constante avec 1 V, 10 V et 30 V, respectivement.
   4. Pour les mesures de sortie, configurez des pas de tension au niveau de la grille allant de -30 V à 10 V, avec une taille de pas de 10 V.
   5. Configurez un balayage linéaire de tension à la source allant de 0 V à -30 V, avec une taille de pas de 0,5 V. Avant de commencer la mesure, réglez la plage de courant de la source et de la grille sur auto limité avec une limite de 1 nA.
3. Mesure
   1. Appuyez sur Exécuter sur l’interface du logiciel et la mesure commencera. Le multiplexeur commute à travers les appareils prédéfinis et l’analyseur de paramètres effectue les tests configurés.
      REMARQUE : Une fois la mesure terminée, les données peuvent être consultées directement dans le logiciel de contrôle de l’analyseur de paramètres et peuvent être exportées sous forme de fichiers xlsx.
4. Exportation de données
   1. Exportez les données de mesure sous forme de fichiers xlsx. Le nom du fichier doit contenir le numéro de lot ainsi que les numéros de substrat et le biais source-drain pour les mesures de transfert.
      REMARQUE : Par exemple, si les substrats 1 à 5 du premier lot ont été mesurés, le fichier de données de sortie est nommé « Batch1_S1_S2_S3_S4_S5_Output.xlsx ». Cela signifie que le substrat 1 a été placé dans la première carte de mesure, le substrat 2 dans la deuxième carte de mesure, et ainsi de suite. Le fichier de données de transfert correspondant est nommé « Batch1_S1_S2_S3_S4_S5_Transfer_10V.xlsx », si le transfert a été mesuré à une polarisation source-drain de 10 V. Il existe également un fichier journal dans l’explorateur de fichiers, qui contient des informations sur les données correspondant à quel appareil.

Figure 3 : Modèle 3D de la configuration de la carte de mesure. (A) Visualisation de la mise en place d’un substrat dans le panneau de mesure. (B) Réseau de broches sur la carte de mesure avec et sans substrat chargé. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

4. Analyse des données

1. Analyse automatisée des données
   1. Transférez le fichier de données xlsx et le fichier journal sur l’ordinateur de votre choix et placez les fichiers dans le dossier « Data ». Exécutez le script Python Auto_Data_analysis.py (Fichier supplémentaire 1).
      REMARQUE : Le script demande les identifiants des substrats et si plusieurs mesures de transfert ont été prises à différentes tensions de source/drain. Si plusieurs mesures de transfert ont été effectuées, le script demande les valeurs des tensions source/drain. Une fois toutes les informations nécessaires saisies, le script parcourt les données et crée un dossier nommé « Plots ». Entrez dans le dossier « Plots », qui contient deux dossiers, « Short » et « Working ». Le dossier « Short » contient les tracés des appareils qui n’ont pas fonctionné correctement, et le dossier « Working » contient les tracés des appareils en état de marche. Entrez dans le dossier « Working », à l’intérieur se trouvent des fichiers PNG qui portent le nom des appareils correspondants et montrent une vue d’ensemble de tous les graphiques de sortie et de transfert, ainsi que la configuration de mesure et les paramètres de performance calculés.
2. Pool de données
   1. Assurez-vous que le script Python crée également un fichier texte pour chaque lot et un fichier texte combiné pour tous les appareils, qui contient des métadonnées telles que des variables expérimentales et des paramètres de performance, et peut être utilisé pour analyser les données avec n’importe quel logiciel d’analyse de données distinct.

Résultats

Pour valider la méthode de fabrication des substrats de contact avec la porte de fond et le fond et s’assurer que l’ensemble de l’architecture fonctionne correctement après les étapes de lithographie ultérieures et le découpage du grand substrat de verre, tous les appareils passent par un contrôle de qualité. Après le découpage en dés et avant l’application de la couche de pérovskite, tous les substrats du lot sont placés dans la configuration de mesure. Entre la source et les contacts de vidange, 10 V sont appliqués et le portail est balayé de -40 V à 30 V. La plage d’essai est choisie en fonction de la plage d’intérêt pour les PeFET pour lesquels les substrats seront utilisés. Le courant maximal mesuré au contact de la grille est enregistré et évalué. Tout appareil avec un courant de grille maximal inférieur à 1 x ^10-7 A est considéré comme bon dans ces conditions de test. La figure 4 montre un exemple d’un tel contrôle de la qualité. Seuls 6 appareils sur 96 échouent au contrôle qualité, 2 des 6 étant complètement courts. Le rendement élevé des appareils fonctionnels montre que l’architecture de l’appareil est suffisamment stable pour résister au stress du découpage en dés et garantit un gain de temps par rapport à un processus au cours duquel des substrats uniques sont traités.

Figure 4 : Résultat exemplaire d’un contrôle qualité à la fin du processus de fabrication du substrat. La matrice indique le courant de grille maximal mesuré en ampères lors du contrôle qualité pour 24 substrats d’un lot, avec 4 dispositifs chacun. Les appareils verts passent le contrôle de qualité. Dans cet exemple, 6 des 96 appareils ont échoué au contrôle qualité. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Des PeFET basés sur une pérovskite Cs(Sn_0,9Pb_0,1)I₃ ont été fabriqués et mesurés à l’aide de la configuration de mesure automatisée. Dans la configuration utilisée, 5 cartes de mesure, avec la capacité de connecter 4 PeFET chacune, ont été connectées à un multiplexeur, qui a été connecté à un analyseur de paramètres. Permet la mesure automatisée de jusqu’à 20 PeFET. Les dispositifs avaient une longueur de canal de 150 μm et une largeur de canal de 1 mm. Les contacts de la grille et de la source-drain ont été fabriqués à l’aide de la photolithographie sans masque, ce qui a permis un contrôle précis de la taille de l’électrode de la grille. En minimisant la surface de contact de la grille, le chevauchement entre la couche de pérovskite et la grille est réduit. Cela réduit la probabilité de défauts dans la région diélectrique entre la pérovskite et la grille, ce qui pourrait autrement entraîner des courts-circuits. Toutes les mesures ont été effectuées dans une boîte à gants remplie de N₂. À l’aide du script d’analyse des données, un aperçu rapide des paramètres clés de l’appareil est généré. La figure 5 affiche une capture d’écran des tracés générés automatiquement des caractéristiques de transfert et de sortie, comme décrit ci-dessous. Dans cet exemple, trois tensions source/drain différentes ont été mesurées pour la caractéristique de transfert (A, B, C), afin d’obtenir au moins une mesure en régime linéaire et une mesure en régime de saturation. Le script analyse d’abord la caractéristique de sortie et extrapole les régimes linéaires et de saturation d’un ajustement linéaire aux courbes de sortie (1). Le régime linéaire est marqué par le fond rouge et le régime de saturation par le fond bleu. Étant donné qu’il existe plusieurs méthodes pour déterminer la tension de seuil, ce qui peut conduire à des résultats très différents pour les FET avec des propriétés non idéales, le script détermine la tension de seuil de trois manières différentes. La première tension de seuil est calculée à partir de la caractéristique de sortie (1) en déterminant la frontière entre le régime linéaire et le régime de saturation. La deuxième tension de seuil est extrapolée en traçant la racine carrée du courant source/drain en fonction de la tension de grille (4) et en ajustant linéairement le régime de saturation. L’intersection de l’ajustement linéaire avec l’axe des x détermine la tension de seuil. De même, la tension de seuil dans le régime de saturation est déterminée en ajustant linéairement le tracé du courant source/drain en fonction de la tension de grille (3) et en déterminant l’intersection de l’axe x. Les mobilités des porteurs de charge pour la saturation et le régime linéaire sont calculées à partir des pentes des ajustements linéaires correspondants. Le dernier graphique représenté est la caractéristique de transfert sur une échelle logarithmique (2). Dans ce graphique, le point de la pente maximale est déterminé pour calculer l’oscillation inférieure au seuil. Les graphiques (1) et (3) montrent également le courant de grille correspondant sur un deuxième axe y avec une plage adaptée, ce qui permet de voir rapidement le comportement non idéal du courant de grille.

Comme le montre la figure 5, tous les paramètres de performance calculés ainsi que les paramètres de mesure sont rassemblés dans un tableau pour chaque tension source/drain. De plus, tous les ajustements linéaires sont affichés dans les graphiques, ce qui permet de vérifier rapidement si les ajustements sont raisonnables. Par exemple, dans le tracé de transfert sur une échelle logarithmique pour -1 V (A2), le script n’a clairement pas déterminé le point réel de la pente maximale et sous-estime donc l’oscillation sous-seuil du dispositif. Pour trouver le point de pente maximale, le script détermine et coupe d’abord la partie bruyante de la parcelle. Parce que le véritable point de pente maximale dans ce cas est très proche de la partie bruyante de l’intrigue, le script le coupe faussement, montrant qu’un raffinement supplémentaire du script est nécessaire. Néanmoins, le script donne un aperçu rapide et facile des performances de l’appareil et permet de comparer différents appareils.

Figure 5 : Vue d’ensemble visuelle générée automatiquement des données de performance d’un PeFET. Les données pour trois tensions source/drain différentes pendant la mesure de transfert sont affichées (A : -1 V, B : -10 V, C : -30 V). Pour chaque tension source/drain, le tracé de sortie (1), le tracé de transfert sur une échelle logarithmique (2), le tracé de transfert sur une échelle linéaire (3) et la racine carrée du tracé de transfert sur une échelle linéaire (4) sont représentés. Les graphiques (1) et (3) affichent en outre le courant de grille correspondant sur un axe y secondaire avec une plage appropriée. Cela permet d’identifier facilement le comportement non idéal dans le courant de grille. Les tableaux à côté des graphiques présentent les paramètres de performance extrapolés et calculés ainsi que les paramètres de mesure. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Outre la vue d’ensemble visuelle illustrée à la figure 5, les paramètres de performance sont également stockés sous forme de tableau dans un fichier texte. Les données expérimentales sont également stockées dans un tel fichier. Cela peut être utilisé pour comparer les données dans n’importe quel logiciel d’analyse de données disponible, ce qui permet de voir facilement les tendances de performance au fil du temps ou de trouver des liens entre les variables expérimentales et les paramètres de performance.

Fichier supplémentaire 1 : Script Python forAuto_Data_analysis.py. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.

Discussion

Le procédé à haut débit présenté pour la fabrication et la caractérisation des PeFET offre une approche évolutive et flexible pour explorer de nouvelles compositions de pérovskites. En intégrant la photolithographie pour une fabrication précise du substrat avec une mesure automatisée et une analyse des données, la méthode améliore considérablement l’efficacité expérimentale^13,14. L’un des principaux avantages de cette approche est la possibilité de générer et de comparer rapidement des ensembles de données systématiquement structurés, ce qui est crucial dans la recherche de performances PeFET optimisées^15,16.

Une étape critique de cette méthode est la fabrication de substrats de transistors par photolithographie. Par rapport aux méthodes traditionnelles de masque d’ombre, la photolithographie offre une définition de motif supérieure et une flexibilité dans la disposition de l’appareil²¹. Cet avantage est particulièrement pertinent dans la recherche fondamentale, où des modifications mineures de l’architecture du dispositif peuvent être nécessaires entre les lots ou même au sein d’une seule itération expérimentale. Même si les méthodes de masque d’ombre sont, en général, plus simples et plus rapides par rapport à la photolithographie, ces limitations peuvent être surmontées en commençant par un grand substrat, qui est coupé en dés à la fin, réduisant ainsi le nombre de cycles de lithographie nécessaires et réduisant le temps de fabrication de 75 % pour 24 substrats. Le contrôle de la qualité du substrat après le découpage en dés a validé la stabilité des substrats pour résister à la contrainte supplémentaire¹³.

L’intégration d’un multiplexeur avec des cartes de mesure personnalisées simplifie et accélère le processus de caractérisation, permettant d’évaluer jusqu’à 20 dispositifs avec jusqu’à 5 compositions de pérovskites différentes en une seule série^13,17.

Enfin, l’analyse automatisée des données garantit un traitement et une interprétation efficaces des résultats expérimentaux. En extrayant systématiquement des paramètres de performance clés tels que la mobilité des porteurs de charge, la tension de seuil et l’oscillation inférieure au seuil, la méthode permet de comparer rapidement différentes formulations de pérovskites et conditions de traitement. L’un des défis, cependant, réside dans la sensibilité du script d’analyse aux comportements non idéaux des appareils. Malgré ces limites, la méthodologie présentée fournit un outil puissant et flexible pour rassembler rapidement un large éventail de mesures de performance, facilitant ainsi l’optimisation systématique des matériaux et des conditions de traitement avec une efficacité élevée^19,20.

Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article

Nom	Entreprise	Numéro de catalogue	Commentaires
et micro ; PAGE 101	Heidelberg Instruments		Photolithographe
Acétone	Roth	5025.2
AZ 2026 MIF	Microchimie	1002026	promoteur
AZ nLOF 2027	Microchimie	Référence 1A002070	Photorésine
Csi	TCI	Réf. C2205
DMF	Roth	Réf. T921.1
Femto plasma	Diener		Plasma basse pression
GEMStarXT	Arradiance  ;		ALD
Isopropanol	Roth	Réf. N° 99.1
Keithley 4200A-SCS	Tektronix		Analyseur de paramètres
LabSpin6	SUSS MicroTec		Essoreuse
PbI2	TCI	N° L0279
SnF2	Produits chimiques Thermo Scientific	AC308600050
SnI2	TCI	Réf. T3449
TechniStrip NI555	Microchimie	TNI555M5	Décollage
Triméthylaluminium	Strem	93-1360