Artigo de método

Permitindo a pesquisa FET de perovskita de alto rendimento por uma estação de medição FET automatizada personalizável

DOI:

10.3791/68573

19 de setembro de 2025

Neste artigo

Resumo

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Este protocolo apresenta um processo de alto rendimento para a fabricação e caracterização de transistores de efeito de campo de filme fino de perovskita. Descrevemos um processo de fabricação personalizável usando fotolitografia e apresentamos um procedimento de caracterização automatizado combinando um multiplexador com placas de medição personalizadas e software de autoria própria.

Resumo

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Os transistores de efeito de campo de filme fino (PeFETs) baseados em perovskita ainda não atingiram todo o potencial teórico dessa classe promissora de materiais. Para preencher essa lacuna, é essencial desenvolver e otimizar novas composições e técnicas de fabricação de perovskita. Dada a grande variedade de compostos potenciais, bem como a variedade de variáveis de influência, como concentração, temperatura e escolha do solvente, uma abordagem de pesquisa de alto rendimento é fundamental para a exploração e o avanço eficientes. Apresentamos um processo flexível e personalizável que abrange desde a fabricação do substrato até a caracterização do dispositivo. Esse processo é habilitado e integra fotolitografia para padronização personalizada, uma estação de medição automatizada para caracterização FET e análise automatizada de dados. A estação de medição automatizada é baseada em um multiplexador, que é conectado a cinco placas de medição. As placas de medição são configuradas para medir um substrato com quatro dispositivos cada. Permitindo a medição automatizada de 20 dispositivos com até 5 formulações diferentes de perovskita. Usando procedimentos de teste padronizados, os dados brutos são analisados automaticamente para obter as características de transferência e saída dos PeFETs, bem como os principais parâmetros de desempenho, como tensão limite, oscilação sublimiar e mobilidade do efeito de campo. O resultado é um conjunto de dados sistematicamente organizado com dados facilmente comparáveis para diferentes composições de perovskita ou modificações nas condições de fabricação.

Introdução

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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.

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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.

Protocolo

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Os detalhes dos reagentes e dos equipamentos utilizados neste estudo estão listados na Tabela de Materiais.

1. Fotolitografia

  1. Limpeza de substrato
    1. Pegue um substrato de vidro de 50 mm por 50 mm e sonice por 10 min em Isopropanol (IPA), seguido de secagem com uma pistola de nitrogênio. Repita com acetona.
    2. Após a secagem, coloque o substrato em um plasma de oxigênio de baixa pressão (5 min, 20 sccm, 0,35 mbar, 150 W).
      NOTA: Este procedimento é o procedimento de limpeza padrão e deve ser repetido sempre que o texto a seguir disser substratos limpos.
  2. Litografia de portão
    1. Coloque o substrato limpo em um revestidor giratório e pipete 600 μL fotorresistente no meio do substrato. Inicie o revestidor giratório (60 s, 4000 rpm, 2000 acc, 3.5 μm).
    2. Transfira o substrato para uma placa quente pré-aquecida para cozimento pré-exposição (60s, 110 °C). Após o resfriamento, transfira o substrato para a máquina de fotolitografia sem máscara para exposição (15 mW, 75%, 1 x 1).
    3. Coloque o substrato totalmente exposto em uma placa quente pré-aquecida para cozimento pós-exposição (70 s, 110 ° C).
    4. Desenvolva o fotorresistente no revelador por 90 s, enxágue com água e seque com uma pistola de nitrogênio.
  3. Evaporação de de porta
    1. Transfira o substrato para um plasma de oxigênio de baixa pressão (5 min, 20 sccm, 0,35 mbar, 150 W).
    2. Colocar o substrato numa câmara de evaporação. Em primeiro lugar, evaporar 5 nm Cr, seguido por 50 nm. Retirar o substrato da câmara de evaporação, mergulhá-lo no removedor e sonicar durante 30 min a 50 °C.
  4. Deposição em camada atômica (ALD) de Al2O3
    1. Limpe o substrato. Transfira a carcaça na máquina da ALD. Execute a receita de Al2O3 por 800 ciclos, resultando em uma camada de 100 nm de Al2O3.
      NOTA: Um ciclo consiste em um trimetilalumínio de 35 ms seguido por um pulso de 250 ms H2O. A temperatura da câmara para os primeiros 25 ciclos é de 100 °C e para os 775 ciclos seguintes, 200 °C.
  5. Litografia de fonte/dreno
    1. Limpe o substrato. Aplique fotorresistente ao substrato conforme descrito na etapa 1.2.
    2. Alinhe o substrato com os marcadores da primeira camada de litografia na máquina de fotolitografia antes da exposição. Exponha, asse e desenvolva após a exposição seguindo a etapa 1.2.
  6. Evaporação de Au-fonte/dreno
    1. Transfira o substrato para um plasma de oxigênio de baixa pressão (5 min, 20 sccm, 0,35 mbar, 150 W). Coloque o substrato em uma câmara de evaporação. Em primeiro lugar, evaporar 5 nm Cr, seguido por 50 nm Au.
    2. Remova o substrato da câmara de evaporação, mergulhe-o em decapante fotorresistente e sonice por 30 min a 50 °C.
  7. Corte o substrato em cubos
    1. Limpe o substrato. Aplique fotorresistente usando o revestidor de rotação (60 s, 4000 rpm, 2000 acc, 3,5 μm). Colocar o substrato numa placa de aquecimento (5 min, 110 °C).
    2. Transfira o substrato para a serra de wafer e corte-o em substratos de 10 mm x 10 mm. Remova o fotorresistente por sonicação por 30 min a 50 ° C no removedor (Figura 2).

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Figura 2: Representação esquemática do processo de fabricação do substrato de 5 cm x 5 cm. Isso inclui etapas subsequentes de fotolitografia, seguidas de corte em cubos em substratos de 1 cm x 1 cm (A). Imagens dos substratos finais do transistor contendo 4 dispositivos com e sem camada de perovskita e de um substrato de capacitor (B). Um substrato de capacitor por lote é fabricado para medir a constante dielétrica da camada de Al2O3 . Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

2. Revestimento giratório da camada de perovskita

NOTA: A partir daqui, todas as etapas a seguir são realizadas em um porta-luvas devido à sensibilidade ao ar da camada de perovskita.

  1. Preparação da solução
    1. Prepare a solução precursora 1 dia antes do revestimento giratório.
    2. Pesar 150 mg de SnI2 e dissolver em 1398 μL de DMF. Pesar 125 mg de CsI e dissolver em 1203 μl da solução de SnI2 . Pesar 15 mg de PbI2 e dissolver em 1017 μL da solução de CsSnI3 , resultando numa solução 0,4 M de Cs(Sn0,9Pb0,1)I3 com um excesso de Cs em relação a Sn + Pb de 1,25:1. Pesar 6 mg de SnF2 e dissolver em 1000 μL de DMF.
    3. Agitar as soluções preparadas a 60 °C durante a noite.
  2. Revestimento giratório
    1. Adicione 765 μL da solução preparada de SnF2 à solução de 1017 μL de Cs(Sn0,9Pb0,1)I3 imediatamente antes do revestimento por centrifugação. Coloque o substrato no revestidor giratório.
    2. Pipetar 20 μL da solução precursora preparada no meio do substrato. Inicie o revestidor giratório (150 s, 4000 rpm, 1000 acc, 40 nm). Recozer os substratos revestidos por rotação por 5 min a 120 °C.
  3. Separando os dispositivos
    1. Em cada substrato existem quatro dispositivos, que precisam ser separados para evitar interação cruzada. Pegue um pedaço de algodão, mergulhe-o em DMF e pegue um substrato da placa quente.
    2. Desenhe com o bastão de algodão no substrato ainda quente ao redor dos dispositivos individuais e separe a camada de perovskita. Remova a camada de perovskita de todas as almofadas de contato da mesma maneira.

3. Caracterização

  1. Configuração de hardware
    1. Coloque o substrato de cabeça para baixo na placa de medição e certifique-se de que as almofadas de contato dos dispositivos corretos estejam alinhadas com os pinos correspondentes na placa de medição (Figura 3).
    2. Conecte a placa de medição ao multiplexador. Conecte o multiplexador à SMU do analisador de parâmetros por meio de dois cabos coaxiais, um para o contato da porta e outro para os contatos fonte/dreno, que conectam a fonte à SMU e o dreno ao terra.
  2. Configuração do software
    1. Certifique-se de que todos os cabos estejam conectados da maneira correta. Ligue o analisador de parâmetros e inicie o software de controle como administrador.
    2. Configure a medição definindo quantas placas de medição estão conectadas ao multiplexador e carregadas com um substrato. Defina os nomes/identificadores para os substratos e o número de dispositivos que devem ser caracterizados.
    3. Configure o dreno para todas as medições como um aterramento comum. Para medições de transferência, configure uma varredura linear de tensão na porta variando de 25 V a -30 V, com um passo de tensão de -0,1 V. Configure a fonte como polarização constante com 1 V, 10 V e 30 V, respectivamente.
    4. Para as medições de saída, configure passos de tensão na porta que variam de -30 V a 10 V, com um tamanho de passo de 10 V.
    5. Configure uma varredura linear de tensão na fonte variando de 0 V a -30 V, com um tamanho de passo de 0,5 V. Antes de iniciar a medição, defina a faixa de corrente da fonte e da porta para automático limitado com um limite de 1 nA.
  3. Medição
    1. Clique em Executar na interface do software e a medição será iniciada. O multiplexador comuta através dos dispositivos predefinidos e o analisador de parâmetros realiza os testes configurados.
      NOTA: Quando a medição terminar, os dados podem ser revisados diretamente no software de controle do analisador de parâmetros e podem ser exportados como arquivos xlsx.
  4. Exportação de dados
    1. Exporte os dados de medição como arquivos xlsx. O nome do arquivo deve conter o número do lote, bem como os números do substrato e o viés fonte-dreno para as medições de transferência.
      NOTA: Por exemplo, se os substratos 1 a 5 do primeiro lote foram medidos, o arquivo de dados de saída é denominado "Batch1_S1_S2_S3_S4_S5_Output.xlsx". Isso significa que o substrato 1 foi colocado na primeira placa de medição, o substrato 2 na segunda placa de medição e assim por diante. O arquivo de dados de transferência correspondente é denominado "Batch1_S1_S2_S3_S4_S5_Transfer_10V.xlsx", se a transferência foi medida em uma polarização fonte-dreno de 10 V. Há também um arquivo de log no explorador de arquivos, que contém informações sobre quais dados correspondem a qual dispositivo.

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Figura 3: Modelo 3D da configuração da placa de medição. (A) Visualização da colocação de um substrato na placa de medição. (B) Matriz de pinos na placa de medição com e sem substrato carregado. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

4. Análise dos dados

  1. Análise automatizada de dados
    1. Transfira o arquivo de dados xlsx e o arquivo de log para o computador desejado e coloque os arquivos na pasta "Dados". Execute o script Python Auto_Data_analysis.py (Arquivo Suplementar 1).
      NOTA: O script solicita os identificadores dos substratos e se várias medições de transferência foram feitas em diferentes tensões de fonte/dreno. Se várias medições de transferência foram feitas, o script solicita os valores das tensões de fonte/drenagem. Depois que todas as informações necessárias forem inseridas, o script percorrerá os dados e criará uma pasta chamada "Plots". Entre na pasta "Plots", que contém duas pastas, "Short" e "Working". A pasta "Short" contém os gráficos dos dispositivos que não funcionaram corretamente e a pasta "Working" contém os gráficos dos dispositivos em funcionamento. Entre na pasta "Working", dentro estão os arquivos PNG com o nome dos dispositivos correspondentes e mostram uma visão geral de todos os gráficos de saída e transferência, bem como a configuração de medição e os parâmetros de desempenho calculados.
  2. Pool de dados
    1. Certifique-se de que o script Python também crie um arquivo de texto para cada lote e um arquivo de texto combinado para todos os dispositivos, que contém metadados como variáveis experimentais e parâmetros de desempenho, e pode ser usado para analisar os dados com qualquer software de análise de dados separado.

Resultados

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Para validar o método de fabricação para os substratos de porta inferior e contato inferior e garantir que toda a pilha da arquitetura funcione corretamente após as etapas subsequentes de litografia e corte em cubos do grande substrato de vidro, todos os dispositivos passam pelo controle de qualidade. Após o corte em cubos e antes da aplicação da camada de perovskita, todos os substratos do lote são colocados na configuração de medição. Entre os contatos da fonte e do dreno, 10 V são aplicados e a porta é varrida de -40 V a 30 V. A faixa de teste é escolhida de acordo com a faixa de interesse para os PeFETs para os quais os substratos serão usados. A corrente máxima medida no contato da porta é registrada e avaliada. Qualquer dispositivo com uma corrente máxima de porta menor que 1 x 10-7 A é considerado bom nessas condições de teste. A Figura 4 mostra um exemplo desse controle de qualidade. Apenas 6 dos 96 dispositivos falham no controle de qualidade, com 2 dos 6 sendo completamente curtos. O alto rendimento dos dispositivos funcionais mostra que a arquitetura do dispositivo é estável o suficiente para suportar o estresse do corte em cubos e garante economia de tempo em comparação com um processo durante o qual substratos individuais são processados.

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Figura 4: Resultado exemplar de um controle de qualidade no final do processo de fabricação do substrato. A matriz mostra a corrente máxima de porta medida em amperes durante o controle de qualidade para 24 substratos de um lote, com 4 dispositivos cada. Os dispositivos verdes passam no controle de qualidade. Neste exemplo, 6 dos 96 dispositivos falharam no controle de qualidade. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

PeFETs baseados em uma perovskita Cs(Sn0,9, Pb0,1)I3 foram fabricados e medidos usando a configuração de medição automatizada. Na configuração usada, 5 placas de medição, com capacidade para conectar 4 PeFETs cada, foram conectadas a um multiplexador, que foi conectado a um analisador de parâmetros. Permitindo a medição automatizada de até 20 PeFETs. Os dispositivos tinham um comprimento de canal de 150 μm e uma largura de canal de 1 mm. Tanto a porta quanto os contatos fonte-dreno foram fabricados usando fotolitografia sem máscara, o que permitiu um controle preciso sobre o tamanho do eletrodo da porta. Ao minimizar a área de contato da porta, a sobreposição entre a camada de perovskita e a porta é reduzida. Isso reduz a probabilidade de defeitos na região dielétrica entre a perovskita e a porta, o que poderia levar a curtos-circuitos. Todas as medidas foram realizadas em um porta-luvas cheio de N2. Usando o script de análise de dados, uma visão geral rápida dos parâmetros-chave do dispositivo é gerada. A Figura 5 exibe uma captura de tela dos gráficos gerados automaticamente das características de transferência e saída, conforme descrito abaixo. Neste exemplo, três tensões de fonte / dreno diferentes foram medidas para a característica de transferência (A, B, C), para obter pelo menos uma medição no regime linear e uma medição no regime de saturação. O script analisa a característica de saída primeiro e extrapola os regimes linear e de saturação de um ajuste linear para as curvas de saída (1). O regime linear é marcado pelo fundo vermelho e o regime de saturação pelo fundo azul. Como há vários métodos para determinar a tensão limite, o que pode levar a resultados significativamente diferentes para FETs com propriedades não ideais, o script determina a tensão limite de três maneiras diferentes. A primeira tensão limite é calculada a partir da característica de saída (1) determinando a fronteira entre o regime linear e o regime de saturação. A segunda tensão limite é extrapolada traçando a raiz quadrada da corrente fonte/dreno versus a tensão da porta (4) e ajustando linearmente o regime de saturação. A interseção do ajuste linear com o eixo x determina a tensão limite. Analogamente, a tensão de limiar no regime de saturação é determinada pelo ajuste linear do gráfico da corrente fonte / dreno versus a tensão da porta (3) e determinando a interseção do eixo x. As mobilidades do portador de carga para a saturação e o regime linear são calculadas a partir das inclinações dos ajustes lineares correspondentes. O último gráfico mostrado é a característica de transferência em uma escala logarítmica (2). Neste gráfico, o ponto da inclinação máxima é determinado para calcular a oscilação do sublimiar. Os gráficos (1) e (3) também mostram a corrente de porta correspondente em um segundo eixo y com uma faixa adaptada, o que facilita a visualização rápida do comportamento não ideal da corrente de porta.

Conforme mostrado na Figura 5, todos os parâmetros de desempenho calculados, bem como as configurações de medição, são coletados em uma tabela para cada fonte / drenagemtage. Além disso, todos os ajustes lineares são mostrados nos gráficos, permitindo uma verificação rápida se os ajustes são sensatos. Por exemplo, no gráfico de transferência em uma escala logarítmica para -1 V (A2), o script claramente não determinou o ponto real de inclinação máxima e, portanto, está subestimando a oscilação subliminar do dispositivo. Para encontrar o ponto de inclinação máxima, o script primeiro determina e corta a parte barulhenta do gráfico. Como o ponto real de inclinação máxima, neste caso, está muito próximo da parte barulhenta do enredo, o roteiro o corta falsamente, mostrando que é necessário um refinamento adicional do roteiro. No entanto, o script fornece uma visão geral rápida e fácil do desempenho do dispositivo e permite a comparação entre diferentes dispositivos.

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Figura 5: Visão geral visual gerada automaticamente dos dados de desempenho de um PeFET. Os dados para três diferentes tensões de fonte/dreno durante a medição de transferência são mostrados (A: -1 V, B: -10 V, C: -30 V). Para cada tensão de fonte/dreno, o gráfico de saída (1), o gráfico de transferência em uma escala logarítmica (2), o gráfico de transferência em uma escala linear (3) e a raiz quadrada do gráfico de transferência em uma escala linear (4) são mostrados. Os gráficos (1) e (3) exibem adicionalmente a corrente de porta correspondente em um eixo y secundário com uma faixa apropriada. Isso permite uma identificação direta do comportamento não ideal na corrente da porta. As tabelas ao lado dos gráficos são os parâmetros de desempenho extrapolados e calculados e as configurações de medição. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Além da visão geral visual mostrada na Figura 5, os parâmetros de desempenho são armazenados adicionalmente em forma de tabela em um arquivo de texto. Os dados experimentais também são armazenados em tal arquivo. Isso pode ser usado para comparar os dados em qualquer software de análise de dados disponível, o que facilita a visualização de tendências de desempenho ao longo do tempo ou a localização de conexões entre variáveis experimentais e parâmetros de desempenho.

Arquivo suplementar 1: script Python forAuto_Data_analysis.py. Clique aqui para baixar este arquivo.

Discussão

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O processo de alto rendimento apresentado para a fabricação e caracterização de PeFETs fornece uma abordagem escalável e flexível para explorar novas composições de perovskita. Ao integrar a fotolitografia para fabricação precisa de substratos com uma medição automatizada e análise de dados, o método aumenta significativamente a eficiência experimental13,14. Uma das principais vantagens dessa abordagem é a capacidade de gerar e comparar rapidamente conjuntos de dados sistematicamente estruturados, o que é crucial na busca por um desempenho otimizado do PeFET15,16.

Uma etapa crítica neste método é a fabricação baseada em fotolitografia de substratos de transistores. Em comparação com os métodos tradicionais de máscara de sombra, a fotolitografia oferece definição de padrão superior e flexibilidade no layout do dispositivo21. Essa vantagem é particularmente relevante na pesquisa básica, onde pequenas modificações na arquitetura do dispositivo podem ser necessárias entre lotes ou mesmo dentro de uma única iteração experimental. Embora os métodos de máscara de sombra sejam, em geral, mais simples e eficientes em termos de tempo em relação à fotolitografia, essas limitações podem ser superadas começando com um substrato grande, que é cortado no final, reduzindo o número de execuções de litografia necessárias e reduzindo o tempo de fabricação em 75% para 24 substratos. O controle de qualidade do substrato após o corte em cubos validou a estabilidade dos substratos para suportar o estresse adicionado13.

A integração de um multiplexador com placas de medição personalizadas simplifica e acelera o processo de caracterização, permitindo a avaliação de até 20 dispositivos com até 5 composições diferentes de perovskita em uma única execução13,17.

Finalmente, a análise automatizada de dados garante o processamento e a interpretação eficientes dos resultados experimentais. Ao extrair sistematicamente os principais parâmetros de desempenho, como mobilidade do portador de carga, tensão limite e oscilação subliminar, o método permite a comparação rápida de diferentes formulações de perovskita e condições de processamento. Um desafio, no entanto, está na sensibilidade do script de análise a comportamentos de dispositivos não ideais. Apesar dessas limitações, a metodologia apresentada fornece uma ferramenta poderosa e flexível para reunir uma ampla gama de métricas de desempenho rapidamente, facilitando a otimização sistemática de materiais e condições de processamento com alta eficiência19,20.

Divulgações

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Os autores não têm nada a divulgar.

Agradecimentos

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Este trabalho foi realizado no âmbito do Joint Lab GEN_FAB e com o apoio do Helmholtz Innovation Lab HySPRINT.

Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo
NomeEmpresaNúmero de catálogoComentários
µ PÁG. 101Heidelberg Instrumentsfotolitógrafo
AcetonaRoth5025.2
AZ 2026 MIFMicroquímicos1002026revelador
AZ nLOF 2027Microquímicos1A002070fotorresistente
CsiTCIC2205
DMFRothT921.1
Femto plasmaDienerplasma de baixa pressão
GEMStarXTArradiance ALD
IsopropanolRothCN09.1
Keithley 4200A-SCSTektronixanalisador de parâmetros
LabSpin6SUSS MicroTecrevestidor de rotação
PbI2TCIL0279
SnF2Produtos Químicos TermocientíficosAC308600050
SnI2TCIT3449
TechniStrip NI555MicroquímicosTNI555M5decolar
TrimetilalumínioStrem93-1360

Referências

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  1. Pellet, N., et al. Mixed-organic-cation perovskite photovoltaics for enhanced solar-light harvesting. Angew Chem Int Ed. 53 (12), 3151-3157 (2014).
  2. Liu, C., et al. Bimolecularly passivated interface enables efficient and stable inverted perovskite solar cells. Science. 382 (6672), 810-815 (2023).
  3. Green, M. A., et al. Solar cell efficiency table (Version 63). Prog. Photovolt: Res. Appl. 32 (1), 3-13 (2024).
  4. Yoshikawa, K., et al. Silicon heterojunction solar cell with interdigitated back contacts for a photoconversion efficiency over 26%. Nat Energy. 2, 17032(2017).
  5. Best research-cell efficiencies. , NREL. accessed 01 https://www.nrel.gov/pv/cell-efficiency.html (2025).
  6. Xie, Z., et al. High-efficiency perovskite solar cells enabled by guanylation reaction for removing MACl residual and in situ forming 2D perovskite. Angew Chem Int Ed. 64 (7), e202419070(2025).
  7. Lin, K., et al. Perovskite light-emitting diodes with external quantum efficiency exceeding 20 percent. Nature. 562, 245-248 (2018).
  8. Zhang, K., Zhu, N., Zhang, M., Wang, L., Xing, J. Opportunities and challenges in perovskite LED commercialization. J. Mater. Chem. C. 9 (11), 3795-3799 (2021).
  9. Schröder, V. R. F., et al. large area, inkjet-printed metal halide perovskite light emitting diodes. Mater. Horiz. 11, 1989-1996 (2024).
  10. Kagan, C. R., Mitzi, D. B., Dimitrakopoulos, C. D. Organic-inorganic hybrid materials as semiconducting channels in thin-film field-effect transistors. Science. 286 (5441), 945-947 (1999).
  11. Yu, J. C., Park, J. H., Lee, S. Y., Song, M. H. Effect of perovskite film morphology on device performance of perovskite light-emitting diodes. Nanoscale. 11, 1505-1514 (2019).
  12. Chen, Q., et al. Under the spotlight: The organic-inorganic hybrid halide perovskite for optoelectronic applications. Nano Today. 10 (3), 355-396 (2015).
  13. Liu, A., et al. High-performance inorganic metal halide perovskite transistors. Nat Electron. 5, 78-83 (2022).
  14. Matsushima, T., et al. Solution-processed organic-inorganic perovskite field-effect transistors with high hole mobilities. Adv. Mater. 28 (46), 10275-10281 (2016).
  15. Senanayak, S. P., et al. Understanding charge transport in lead iodide perovskite thin-film field-effect transistors. Sci. Adv. 3 (1), e1601935(2017).
  16. Yusoff, A. R. bM., et al. Ambipolar triple cation perovskite field-effect transistors and inverters. Adv. Mater. 29 (8), 1602940(2017).
  17. Liu, A., et al. Antimony fluoride (SbF3): A potent hole suppressor for tin(II)-halide perovskite devices. InfoMat. 5 (1), e12386(2023).
  18. Cho, J. -H., et al. Anion-vacancy-defect passivation of a 2D-layered tin-based perovskite thin-film transistor with sulfur doping. Adv Electron Mater. 9 (3), 2201014(2023).
  19. Go, J. -Y., et al. A large bandgap organic salt dopant for Sn-based perovskite thin-film transistor. Adv Funct Mater. 33 (44), 2303759(2023).
  20. Park, G., et al. High-performance tin perovskite transistors through formate pseudohalide engineering. Mater Sci Eng R. 159, 100806(2024).
  21. Zhu, H., et al. Fabrication of high-performance tin halide perovskite thin-film transistors via chemical solution-based composition engineering. Nat Protoc. , 1-15 (2025).

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