Методическая статья

Обеспечение высокопроизводительных исследований перовскитных полевых транзисторов с помощью настраиваемой автоматизированной измерительной станции на полевых транзисторах

DOI:

10.3791/68573

19 сентября 2025 г.

В этой статье

Краткое содержание

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Этот протокол представляет собой высокопроизводительный процесс изготовления и определения характеристик перовскитных тонкопленочных полевых транзисторов. Мы описываем настраиваемый процесс изготовления с использованием фотолитографии и представляем автоматизированную процедуру определения характеристик, сочетающую мультиплексор с нестандартными измерительными платами и самодельным программным обеспечением.

Аннотация

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Тонкопленочные полевые транзисторы (PeFET) на основе перовскитов еще не достигли полного теоретического потенциала этого перспективного класса материалов. Чтобы восполнить этот пробел, важно разработать и оптимизировать новые перовскитные композиции и технологии изготовления. Учитывая большое разнообразие потенциальных соединений, а также многообразие влияющих переменных, таких как концентрация, температура и выбор растворителя, высокопроизводительный исследовательский подход имеет решающее значение для эффективной разведки и продвижения. Мы представляем гибкий и настраиваемый процесс, который охватывает все этапы — от изготовления подложки до определения характеристик устройства. Этот процесс обеспечивается и интегрируется с помощью фотолитографии для создания пользовательских шаблонов, автоматизированной измерительной станции для определения характеристик полевых транзисторов и автоматизированного анализа данных. Автоматизированная измерительная станция построена на базе мультиплексора, который подключен к пяти измерительным платам. Измерительные платы сконфигурированы для измерения одной подложки с помощью четырех устройств каждая. Позволяет автоматически измерять 20 приборов с 5 различными рецептурами перовскитов. Используя стандартизированные процедуры тестирования, исходные данные автоматически анализируются для получения характеристик передачи и выхода PeFET, а также ключевых параметров производительности, таких как пороговое напряжение, подпороговый размах и подвижность полевого эффекта. В результате получается систематизированная база данных с легко сопоставимыми данными по различным перовскитным составам или модификациям условий изготовления.

Введение

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

За последние два десятилетия в области оптоэлектронных устройств на основе металлогалогенидперовскита (МХП) был достигнут поразительный прогресс. В частности, успешное внедрение в фотовольтаику и светодиоды (LED) привело к постоянно растущему интересу к этому классу материалов. Эффективность преобразования энергии солнечных батарей на основе MHP быстро выросла с 13,9% в 2013 году до 26,7% в 2024 году 1,2,3,4,5,6. Светодиоды на основе MHP превысили внешнюю квантовую эффективность на 20% в широком диапазоне видимого спектра, используя способность тонко настраиваемой запрещенной зоны, а также позволяют создавать двухцветные светодиоды 7,8,9. Эти впечатляющие разработки показывают возможности МГП для оптоэлектронных устройств.

Тем не менее, прогресс в области тонкопленочных полевых транзисторов (ПеТРАНЗ) на основе МЧП еще не достиг такого же успеха в разработке. Несмотря на то, что теоретические свойства МГП должны сделать их перспективным выбором для полевых транзисторов, с теоретическими подвижностями носителей заряда более 1000 см2 В-1 с-1 и дальним сбалансированным транспортным средством 10,11,12. Тем не менее, самые высокопроизводительные устройства реального мира достигли подвижности носителей заряда до 55 см2 В-1 с-1, что уже является впечатляющим достижением, но показывает, что есть еще много возможностейдля улучшения.

Увеличение производительности PeFET за последние несколько лет было достигнуто за счет оптимизации архитектуры устройства, свойств интерфейса и состава MHP 13,14,15,16. Кроме того, добавление различных добавок, таких как SnF2, SbF 3 или псевдогалогениды, показало многообещающие результаты 17,18,19,20. Сочетание большого числа возможных предшественников перовскитов с растущим числом интересных добавок приводит к очень большому количеству возможных перовскитных композиций. Принимая во внимание разнообразие экспериментальных переменных, таких как концентрация, растворитель и температура, метод с высокой пропускной способностью имеет важное значение при поиске высокоэффективных PeFET.

Мы представляем масштабируемый и настраиваемый процесс изготовления транзисторных подложек на основе фотолитографии. Большинство используемых архитектур PeFET полагаются по меньшей мере на один из контактных слоев в системе теневых масок 17,18,19,20,21. Несмотря на простоту использования и экономию времени, теневые маски имеют относительно мягкие края и со временем изнашиваются. Кроме того, шаблон предопределен и не может быть адаптирован к изменяющимся требованиям. Фотолитография, напротив, имеет очень четко очерченные узоры и края, потому что фоторезист наносится непосредственно на поверхность подложки. При использовании фотолитографии без маски при необходимости шаблон можно изменять для каждой экспозиции, что позволяет выполнять корректировку от партии к партии или даже от подложки к подложке. Поскольку экспонирование отдельных подложек является утомительным и трудоемким, стеклянная подложка размером 5 см x 5 см обрабатывается как единое целое до тех пор, пока все электроды не будут готовы, а затем нарезается на 25 подложек размером 1 см x 1 см, что значительно сокращает время изготовления с 16 до 4 часов. Также можно использовать стеклянную подложку большего размера, что увеличит количество подложек на партию и масштабирует процесс.

Чтобы воспользоваться преимуществами увеличения скорости изготовления, также важно иметь процесс определения характеристик, который может надежно работать с большим количеством устройств. Мы представляем измерительную установку, которая сочетает в себе мультиплексор с самодельными измерительными платами, которыми можно управлять непосредственно из управляющего программного обеспечения анализатора параметров (рис. 1). Эта конфигурация позволяет автоматически измерять 5 подложек с помощью 4 устройств на каждом. После измерения полученные данные автоматически оцениваются самописным скриптом (Дополнительный файл 1), который вычисляет ключевые параметры производительности PeFET и сохраняет их в пуле данных, что упрощает сравнение результатов и выявление долгосрочных тенденций.

Сочетание более быстрого процесса изготовления с автоматизированной процедурой определения характеристик обеспечивает надежный, масштабируемый и высокопроизводительный процесс, который также является гибким и настраиваемым, что делает его сильным инструментом при поиске новых композиций MHP.

figure-introduction-1
Рисунок 1: Экспериментальная схема представленного процесса исследования высокопроизводительных PeFETs. (1) Изготовление подложки на одной большой подложке. (2) Обработка одиночной подложки путем нанесения перовскита. (3) Автоматизированные измерения и анализ данных. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Протокол

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Подробная информация о реагентах и оборудовании, использованных в этом исследовании, приведена в Таблице материалов.

1. Фотолитография

  1. Очистка основания
    1. Возьмите стеклянную подложку размером 50 мм на 50 мм и обработайте ее ультразвуком в течение 10 минут в изопропаноле (IPA), после чего просушите азотным пистолетом. Повторите то же самое с ацетоном.
    2. После высыхания поместите подложку в кислородную плазму низкого давления (5 мин, 20 смсм, 0,35 мбар, 150 Вт).
      ПРИМЕЧАНИЕ: Эта процедура является стандартной процедурой очистки и должна повторяться всякий раз, когда в следующем тексте говорится о чистых основаниях.
  2. Литография затвора
    1. Поместите очищенную подложку на спин-коатер и нанесите пипетку фоторезистом объемом 600 мкл на середину подложки. Запустите отжимную установку для нанесения покрытий (60 с, 4000 об/мин, 2000 акц., 3,5 мкм).
    2. Переложите подложку на предварительно разогретую горячую плиту для предварительного запекания (60 с, 110 °C). После остывания перенесите подложку в безмасочную фотолитографическую машину для экспонирования (15 мВт, 75%, 1 х 1).
    3. Поместите полностью открытую основу на предварительно нагретую горячую плиту для выпечки после выдержки (70 с, 110 °C).
    4. Проявите фоторезист в проявителе в течение 90 с, промойте водой, а просушите азотным пистолетом.
  3. Выпаривание Gate Cu
    1. Перенесите подложку в кислородную плазму низкого давления (5 мин, 20 куб. см, 0,35 мбар, 150 Вт).
    2. Поместите субстрат в испарительную камеру. Сначала испаряется 5 нм Cr, а затем 50 нм Cu. Выньте субстрат из испарительной камеры, погрузите его в жидкость для удаления и обрабатывайте ультразвуком в течение 30 минут при температуре 50 °C.
  4. Атомно-слоевое осаждение (ALD) Al2O3
    1. Очистите основание. Перенесите подложку в машину ALD. Запустите рецепт Al2O3 в течение 800 циклов, в результате чего слой Al2O3 с длиной волны 100 нм.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Один цикл состоит из триметилалюминия длительностью 35 мс, за которым следует импульс H2Oдлительностью 250 мс. Температура в камере для первых 25 циклов составляет 100 °C, а для последующих 775 циклов — 200 °C.
  5. Литография источника/дренажа
    1. Очистите основание. Нанесите фоторезист на подложку, как описано в шаге 1.2.
    2. Перед экспонированием совместите подложку с маркерами из первого слоя литографии в фотолитографической машине. Экспонирование, запекание и разработка после шага 1.2.
  6. Испарение Au, исходное/дренажное
    1. Перенесите подложку в кислородную плазму низкого давления (5 мин, 20 куб. см, 0,35 мбар, 150 Вт). Поместите субстрат в испарительную камеру. Сначала испаряется 5 нм Cr, а затем 50 нм Au.
    2. Извлеките подложку из испарительной камеры, погрузите ее в средство для удаления фоторезиста и обрабатывайте ультразвуком в течение 30 минут при температуре 50 °C.
  7. Нарезка субстрата кубиками
    1. Очистите основание. Нанесите фоторезист с помощью отжима (60 с, 4000 об/мин, 2000 акц, 3,5 мкм). Поместите основание на горячую плиту (5 мин, 110 °C).
    2. Перенесите подложку в вафельную пилу и нарежьте ее на подложки размером 10 мм x 10 мм. Удалите фоторезист путем обработки ультразвуком в течение 30 минут при 50 °C в средстве для удаления (Рисунок 2).

figure-protocol-1
Рисунок 2: Схематическое изображение процесса изготовления подложки размером 5 см x 5 см. Это включает в себя последующие этапы фотолитографии с последующим нарезанием кубиками до подложек размером 1 см x 1 см (A). Изображения окончательных подложек транзисторов, содержащих 4 устройства со слоем перовскита и без него, а также подложки конденсатора (B). Для измерения диэлектрической проницаемости слоя Al2O3 изготавливается одна подложка конденсатора на партию. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

2. Нанесение слоя перовскита методом отжима

ПРИМЕЧАНИЕ: С этого момента все последующие шаги выполняются в перчаточном ящике из-за чувствительности перовскитного слоя к воздуху.

  1. Приготовление раствора
    1. Приготовьте раствор прекурсора за 1 день до нанесения отжимного покрытия.
    2. Весить в 150 мг SnI2 и растворять в 1398 мкл ДМФА. Весить 125 мг CsI и растворить в 1203 мкл раствора SnI2. Вмассировать 15 мг PbI2 и растворить в 1017 мкл раствора CsSnI3, в результате чего получить 0,4 М раствор Cs(Sn0,9Pb0,1)I3 с избытком Cs по отношению к Sn + Pb 1,25:1. Вмассируйте 6 мгSnF2 и растворите в 1000 мкл ДМФА.
    3. Приготовленные растворы взболтать при температуре 60 °C в течение ночи.
  2. Центрифуга
    1. Добавьте 765 мкл приготовленного раствора SnF2 в раствор 1017 мкл Cs(Sn0,9Pb0,1)I3 непосредственно перед нанесением покрытия. Поместите подложку в отверженную машину.
    2. Пипеткой внесите 20 мкл приготовленного раствора прекурсора в середину подложки. Запустите отжимную машину (150 с, 4000 об/мин, 1000 акц, 40 нм). Отжиг подложек с отжимным покрытием в течение 5 минут при 120 °C.
  3. Разделение устройств
    1. На каждой подложке расположены четыре устройства, которые должны быть разделены, чтобы предотвратить перекрестное взаимодействие. Возьмите ватную палочку, окуните ее в ДМФА и возьмите подложку от конфорки.
    2. Нарисуйте ватной палочкой на еще горячей подложке вокруг отдельных устройств и отделите слой перовскита. Таким же образом снимите слой перовскита со всех контактных площадок.

3. Характеристика

  1. Настройка оборудования
    1. Поместите подложку вверх дном на измерительную доску и убедитесь, что контактные площадки нужных устройств совпадают с соответствующими контактами на измерительной доске (рис. 3).
    2. Подключите измерительную плату к мультиплексору. Подключите мультиплексор к источнику-измерителю параметрического анализатора с помощью двух коаксиальных кабелей, одного для контакта затвора и одного для контактов источника/стока, которые соединяют источник с источником-измерителем, а сток — с землей.
  2. Настройка программного обеспечения
    1. Убедитесь, что все кабели подключены правильно. Включите анализатор параметров и запустите управляющее программное обеспечение от имени администратора.
    2. Настройте измерение, определив, сколько измерительных плат подключено к мультиплексору и загружено подложкой. Определите имена/идентификаторы для подложек и количество устройств, которые должны быть охарактеризованы.
    3. Настройте дренаж для всех измерений в качестве общего заземления. Для передаточных измерений настройте линейную развертку напряжения на затворе в диапазоне от 25 В до -30 В с шагом напряжения -0,1 В. Настройте источник как постоянный смещение с напряжением 1 В, 10 В и 30 В соответственно.
    4. Для измерения выходного напряжения настройте шаг напряжения на затворе в диапазоне от -30 В до 10 В с шагом 10 В.
    5. Настройте линейную развертку напряжения на источнике в диапазоне от 0 В до -30 В с шагом 0,5 В. Перед началом измерения установите диапазон тока источника и затвора в положение «Ограниченный автоматический» с ограничением 1 нА.
  3. Измерение
    1. Нажмите «Выполнить » в интерфейсе программного обеспечения, и измерение начнется. Мультиплексор коммутирует заданные устройства, а анализатор параметров выполняет настроенные тесты.
      ПРИМЕЧАНИЕ: По окончании измерения данные могут быть просмотрены непосредственно в управляющем программном обеспечении параметрического анализатора и экспортированы в виде xlsx-файлов.
  4. Экспорт данных
    1. Экспортируйте данные измерений в виде xlsx-файлов. Имя файла должно содержать номер партии, а также номера подложек и смещение источника-стока для измерений переноса.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Например, если были измерены подложки с 1 по 5 из первой партии, файл выходных данных будет назван "Batch1_S1_S2_S3_S4_S5_Output.xlsx". Это означает, что подложка 1 была помещена на первую мерную доску, подложка 2 — на вторую измерительную доску и так далее. Соответствующий файл данных передачи называется "Batch1_S1_S2_S3_S4_S5_Transfer_10V.xlsx", если перенос был измерен при смещении источника-стока 10 В. Также в проводнике есть лог-файл, который содержит информацию о том, какие данные соответствуют какому устройству.

figure-protocol-2
Рисунок 3: 3D модель настройки измерительной платы. (A) Визуализация размещения подложки на измерительной доске. (B) Матрица выводов на измерительной плате с нагруженной подложкой и без нее. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

4. Анализ данных

  1. Автоматизированный анализ данных
    1. Перенесите файл данных xlsx и файл журнала на нужный компьютер и поместите файлы в папку "Data". Запустите скрипт Python Auto_Data_analysis.py (Дополнительный файл 1).
      ПРИМЕЧАНИЕ: Скрипт запрашивает идентификаторы подложек и то, были ли проведены множественные измерения передачи при разных напряжениях источника/стока. Если было выполнено несколько измерений передачи, скрипт запрашивает значения напряжений источника/стока. После ввода всей необходимой информации скрипт прогоняет данные и создает папку с именем «Plots». Войдите в папку "Plots", которая содержит две папки, "Short" и "Working". В папке "Short" находятся графики устройств, которые не функционировали должным образом, а в папке "Working" - графики работающих устройств. Войдите в папку «Рабочие», внутри которой находятся файлы PNG, которые названы в честь соответствующих устройств и показывают обзор всех графиков вывода и передачи, а также конфигурацию измерений и рассчитанные параметры производительности.
  2. Пул данных
    1. Убедитесь, что скрипт Python также создает один текстовый файл для каждой партии и один объединенный текстовый файл для всех устройств, который содержит метаданные, такие как экспериментальные переменные и параметры производительности, и может использоваться для анализа данных с помощью любого отдельного программного обеспечения для анализа данных.

Результаты

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Чтобы проверить метод изготовления нижнего затвора и подложек с нижним контактом и убедиться, что весь стек архитектуры функционирует должным образом после последующих этапов литографии и нарезки большой стеклянной подложки, все устройства проходят контроль качества. После нарезки кубиками и до нанесения слоя перовскита все подложки партии помещаются в измерительную установку. Между контактами источника и стока подается напряжение 10 В, а затвор развертывается от -40 В до 30 В. Диапазон испытаний выбирается в соответствии с диапазоном интереса для PeFET, для которых будут использоваться подложки. Регистрируется и оценивается максимальный ток, измеряемый на контакте затвора. Любое устройство с максимальным током затвора менее 1 x 10-7 А считается исправным в этих условиях испытаний. На рисунке 4 показан пример такого контроля качества. Только 6 из 96 устройств не проходят контроль качества, причем 2 из 6 полностью недостаточны. Высокая производительность функционирующих устройств показывает, что архитектура устройства достаточно стабильна, чтобы выдерживать нагрузку при нарезке кубиками, и обеспечивает экономию времени по сравнению с процессом, в ходе которого обрабатываются отдельные подложки.

figure-results-1
Рисунок 4: Примерный результат контроля качества в конце процесса изготовления подложки. Матрица показывает максимальный измеренный ток затвора в амперах при контроле качества для 24 подложек одной партии, с 4 устройствами на каждой. Зеленые устройства проходят контроль качества. В данном примере 6 из 96 устройств не прошли контроль качества. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Перовскиты Cs(Sn0,9Pb0,1)I3 были изготовлены и измерены с использованием автоматизированной измерительной установки. В используемой установке 5 измерительных плат, с возможностью подключения 4 ПэТранзисторов каждая, были подключены к мультиплексору, который был подключен к анализатору параметров. Возможность автоматического измерения до 20 PeFET. Устройства имели длину канала 150 мкм и ширину канала 1 мм. Как затвор, так и контакт источник-сток были изготовлены с использованием безмасочной фотолитографии, что позволило точно контролировать размер электрода затвора. За счет минимизации площади контакта затвора уменьшается перекрытие между слоем перовскита и затвором. Это снижает вероятность возникновения дефектов в диэлектрической области между перовскитом и затвором, которые в противном случае могли бы привести к короткому замыканию. Все измерения проводились в перчаточном ящике, заполненном N2. С помощью скрипта анализа данных формируется быстрый обзор ключевых параметров устройства. На рисунке 5 показан скриншот автоматически сгенерированных графиков передаточных и выходных характеристик, как описано ниже. В этом примере были измерены три различных напряжения источника/стока для передаточной характеристики (A, B, C), чтобы получить по меньшей мере одно измерение в линейном режиме и одно измерение в режиме насыщения. Сначала скрипт анализирует выходную характеристику и экстраполирует линейные режимы и режимы насыщения из линейной аппроксимации на выходные кривые (1). Линейный режим обозначен красным фоном, а режим насыщения — синим. Поскольку существует несколько методов определения порогового напряжения, которые могут привести к значительно отличающимся результатам для полевых транзисторов с неидеальными свойствами, сценарий определяет пороговое напряжение тремя различными способами. Первое пороговое напряжение вычисляется по выходной характеристике (1) путем определения границы между линейным режимом и режимом насыщения. Второе пороговое напряжение экстраполируется путем построения графика квадратного корня из тока источника/стока в зависимости от напряжения затвора (4) и линейной подгонки режима насыщения. Пересечение линейной посадки с осью x определяет пороговое напряжение. Аналогично, пороговое напряжение в режиме насыщения определяется путем линейной подгонки графика зависимости тока источника/стока от напряжения затвора (3) и определения пересечения оси x. Подвижности носителей заряда для насыщения и линейного режима рассчитываются по наклонам соответствующих линейных подгонок. Последний показанный график представляет собой передаточную характеристику в логарифмической шкале (2). На этом графике определяется точка максимального уклона для расчета подпорогового колебания. На графиках (1) и (3) также показан соответствующий ток затвора на второй оси y с адаптированным диапазоном, что позволяет быстро увидеть неидеальное поведение тока затвора.

Как показано на рисунке 5, все расчетные параметры производительности, а также настройки измерений собраны в таблице для каждого напряжения источника/стока. Кроме того, все линейные аппроксимации отображаются на графиках, что позволяет быстро проверить, являются ли аппроксимации разумными. Например, на графике переноса в логарифмической шкале для -1 В (A2) скрипт явно не определил реальную точку максимального наклона и поэтому недооценивает подпороговый размах устройства. Чтобы найти точку максимального уклона, скрипт сначала определяет и отсекает зашумленную часть участка. Поскольку реальная точка максимального наклона в этом случае находится очень близко к шумной части участка, скрипт ложно обрезает ее, показывая, что необходима дальнейшая доработка скрипта. Тем не менее, скрипт дает быстрый и простой обзор производительности устройства и позволяет сравнивать различные устройства.

figure-results-2
Рисунок 5: Автоматически сгенерированный визуальный обзор данных о производительности PeFET. Отображаются данные для трех различных напряжений источника/стока во время измерения переноса (A: -1 В, B: -10 В, C: -30 В). Для каждого напряжения источника/стока показаны график выходного напряжения (1), график переноса в логарифмическом масштабе (2), график переноса в линейном масштабе (3) и квадратный корень из графика переноса в линейном масштабе (4). На графиках (1) и (3) дополнительно отображается соответствующий ток затвора на вторичной оси y с соответствующим диапазоном. Это позволяет легко идентифицировать неидеальное поведение тока затвора. В таблицах рядом с графиками приведены экстраполированные и рассчитанные параметры производительности и настройки измерений. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Помимо визуального обзора, показанного на рисунке 5, параметры производительности дополнительно хранятся в виде таблицы в текстовом файле. Экспериментальные данные также хранятся в таком файле. Это может быть использовано для сравнения данных в любом доступном программном обеспечении для анализа данных, что позволяет легко увидеть тенденции производительности с течением времени или найти связи между экспериментальными переменными и параметрами производительности.

Дополнительный файл 1: Скрипт Python forAuto_Data_analysis.py. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.

Обсуждение

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Представленный высокопроизводительный процесс изготовления и определения характеристик PeFETs обеспечивает масштабируемый и гибкий подход к исследованию новых перовскитных композиций. Интегрируя фотолитографию для точного изготовления подложки с автоматическим измерением и анализом данных, метод значительно повышает эффективность эксперимента13,14. Одним из ключевых преимуществ этого подхода является возможность быстрого создания и сравнения систематически структурированных наборов данных, что имеет решающее значение в поиске оптимизированной производительности PeFET15,16.

Важнейшим этапом в этом методе является изготовление подложек транзисторов на основе фотолитографии. По сравнению с традиционными методами маскировки теней, фотолитография обеспечивает превосходную четкость рисунка и гибкость при компоновке устройства21. Это преимущество особенно актуально в фундаментальных исследованиях, где могут потребоваться незначительные изменения в архитектуре устройства между партиями или даже в рамках одной экспериментальной итерации. Несмотря на то, что методы теневой маски, в целом, более просты и эффективны по времени по сравнению с фотолитографией, эти ограничения можно преодолеть, начав с большой подложки, которая в конечном итоге нарезается кубиками, сокращая количество необходимых литографий и сокращая время изготовления на 75% для 24 подложек. Контроль качества подложки после нарезки кубиками подтвердил устойчивость подложек к воздействию дополнительной нагрузки13.

Интеграция мультиплексора с пользовательскими измерительными платами упрощает и ускоряет процесс определения характеристик, позволяя оценивать до 20 устройств с 5 различными перовскитными составами за один прогон13,17.

Наконец, автоматизированный анализ данных обеспечивает эффективную обработку и интерпретацию экспериментальных результатов. Систематически извлекая ключевые эксплуатационные параметры, такие как подвижность носителя заряда, пороговое напряжение и подпороговое колебание, метод позволяет быстро сравнивать различные рецептуры перовскитов и условия обработки. Однако одна из проблем заключается в чувствительности сценария анализа к неидеальному поведению устройства. Несмотря на эти ограничения, представленная методология предоставляет мощный и гибкий инструмент для быстрого сбора широкого спектра показателей производительности, способствуя систематической оптимизации материалов и условий обработки свысокой эффективностью.

Раскрытие информации

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Авторам нечего раскрывать.

Благодарности

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Эта работа проводилась в рамках Объединенной лаборатории GEN_FAB и при поддержке Лаборатории инноваций имени Гельмгольца HySPRINT.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
&микро; СТР. 101Гейдельбергские инструментыФотолитограф
АцетонРот5025.2
AZ 2026 MIFМикрохимикаты1002026разработчик
AZ nLOF 2027Микрохимикаты1А002070фоторезист
ЧСИОТКС2205
ДМФАРотТ921.1
ФемтоплазмаДинерПлазма низкого давления
GEMStarXTИзлучение АПП
ИзопропанолРотCN09.1
Keithley 4200A-SCSКомпания TektronixПараметрический анализатор
ЛабСпин6SUSS MicroTecПрядильный аппарат для нанесения покрытий
ПбиИ2ОТКЛ0279
СнФ2Термонаучные химикатыAC308600050
СнИ2ОТКТ3449
TechniStrip NI555МикрохимикатыTNI555M5Отрыв
ТриметилалюминийСтрум93-1360

Ссылки

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  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).

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE

Запросить разрешение

Теги

Видео скоро будет доступно

Похожие статьи