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O campo de dispositivos optoeletrônicos baseados em perovskita de iodetos metálicos (MHP) teve um progresso surpreendente nas últimas duas décadas. Especialmente a incorporação bem-sucedida em diodos fotovoltaicos e emissores de luz (LEDs) levou a um interesse cada vez maior por essa classe de materiais. A eficiência de conversão de energia das células solares baseadas em MHP aumentou rapidamente de 13,9% em 2013 para 26,7% em 2024 1,2,3,4,5,6. Os LEDs baseados em MHP excederam uma eficiência quântica externa de 20% em uma ampla faixa do espectro visível, utilizando a capacidade de um intervalo de banda finamente ajustável, permitindo também LEDs de duas cores 7,8,9. Esses desenvolvimentos impressionantes mostram as capacidades dos MHPs para dispositivos optoeletrônicos.
No entanto, o progresso no campo dos transistores de efeito de campo de filme fino baseados em MHP (PeFETs) ainda não teve o mesmo sucesso no desenvolvimento. Apesar do fato de que as propriedades teóricas dos MHPs devem torná-los uma escolha promissora para FETs, com mobilidades teóricas de portadores de carga de mais de 1000 cm2 V-1 s-1 e transporte de porta-aviões balanceado de longo alcance 10,11,12. No entanto, os dispositivos do mundo real de maior desempenho atingiram mobilidades de portadores de carga de até 55 cm2 V-1 s-1, o que já é uma conquista impressionante, mas mostra que ainda há muito espaço para melhorias13.
O desempenho crescente dos PeFETs nos últimos anos foi alcançado otimizando a arquitetura do dispositivo, as propriedades da interface e a composição do MHP 13,14,15,16. Além disso, a adição de uma variedade de aditivos como SnF2, SbF3 ou pseudo-haletos mostrou resultados promissores 17,18,19,20. A combinação do grande número de possíveis precursores de perovskita com o número crescente de aditivos interessantes leva a um número muito alto de possíveis composições de perovskita. Levando em consideração a variedade de variáveis experimentais, como concentração, solvente e temperatura, um método de alto rendimento é essencial na busca por PeFETs de alto desempenho.
Apresentamos um processo de fabricação escalável e personalizável para substratos de transistores baseado em fotolitografia. A maioria das arquiteturas PeFET usadas depende de pelo menos uma das camadas de contato em um sistema de máscara de sombra 17,18,19,20,21. Embora sejam simples de usar e muito eficientes em termos de tempo, as máscaras de sombra têm bordas relativamente suaves e se desgastam com o tempo. Além disso, o padrão é predefinido e não pode ser adaptado às mudanças nos requisitos. A fotolitografia, por outro lado, tem padrões e bordas muito bem definidos porque o fotorresistente é aplicado diretamente na superfície do substrato. Com a fotolitografia sem máscara, o padrão pode ser alterado para cada exposição, se necessário, permitindo ajustes de lote para lote ou até mesmo de substrato para substrato. Como a exposição de substratos individuais é tediosa e demorada, um substrato de vidro de 5 cm x 5 cm é processado como uma unidade até o ponto em que todos os eletrodos são finalizados e é então cortado em 25 substratos de 1 cm x 1 cm, reduzindo drasticamente o tempo de fabricação de 16 h para 4 h. Também é possível usar um substrato de vidro maior, o que aumentará o número de substratos por lote e ampliará o processo.
Para aproveitar o aumento da velocidade de fabricação, também é essencial ter um processo de caracterização que possa funcionar de forma confiável com um grande número de dispositivos. Apresentamos uma configuração de medição, que combina um multiplexador com placas de medição de fabricação própria, que podem ser controladas diretamente do software de controle do analisador de parâmetros (Figura 1). Esta configuração permite a medição automática de 5 substratos com 4 dispositivos cada. Após a medição, os dados resultantes são avaliados automaticamente por um script escrito por ele mesmo (Arquivo Suplementar 1), que calcula os principais parâmetros de desempenho dos PeFETs e os salva em um pool de dados, facilitando a comparação dos resultados e a visualização de tendências de longo prazo.
A combinação do processo de fabricação mais rápido com o procedimento de caracterização automatizado permite um processo confiável, escalável e de alto rendimento, que também é flexível e personalizável, tornando-o uma ferramenta forte na busca por novas composições de MHP.

Figura 1: Esquema experimental do processo de pesquisa PeFETs de alto rendimento apresentado. (1) A fabricação do substrato em um único substrato grande. (2) O processamento do substrato único aplicando a perovskita. (3) A medição automatizada e análise de dados. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.