Helmholtz-Zentrum Berlini (HZB) ja Humboldt-Universität zu Berlini teadlaste meeskond on esimest korda suutnud toota valgusdioode (LED-e) hübriidperovskiitpooljuhtmaterjalist tindiprinteri printimise abil. See avab ukse nende materjalide laialdasele kasutamisele paljude erinevate elektrooniliste komponentide tootmisel. Teadlased saavutasid läbimurde triki abil: pinna "nakatamine" (või külvamine) konkreetsete kristallidega.
Mikroelektroonika kasutab erinevaid funktsionaalseid materjale, mille omadused muudavad need sobivaks konkreetseteks rakendusteks. Näiteks transistorid ja andmesalvestusseadmed on valmistatud ränist ning enamik päikesevalgusest elektri tootmiseks kasutatavaid fotogalvaanilisi elemente on praegu valmistatud ka sellest pooljuhtmaterjalist. Seevastu kombineeritud pooljuhte, nagu galliumnitriid, kasutatakse valguse tekitamiseks optoelektroonilistes elementides, nagu valgust kiirgavad dioodid (LED-id). Tootmisprotsessid erinevad ka erinevate materjaliklasside puhul.
Materjalide ja meetodite labürindi ületamine
Hübriidperovskiitmaterjalid lubavad lihtsustamist – korraldades pooljuhtkristalli orgaanilisi ja anorgaanilisi komponente kindlas struktuuris. "Neid saab kasutada igasuguste mikroelektrooniliste komponentide tootmiseks, muutes nende koostist," ütleb prof Emil List-Kratochvil, HZB ja Humboldt-Universität ühise uurimisrühma juht.
Veelgi enam, perovskiitkristallide töötlemine on suhteliselt lihtne. "Neid saab toota vedelast lahusest, nii et saate soovitud komponendi ehitada üks kiht korraga otse substraadile," selgitab füüsik.
Esimesed päikeseelemendid tindiprinterist, nüüd ka valgust kiirgavad dioodid
HZB teadlased on viimastel aastatel juba näidanud, et päikeseelemente saab printida pooljuhtühendite lahusest – ja nad on täna selle tehnoloogia ülemaailmsed liidrid. Nüüd on HZB ja HU Berlini ühismeeskonnal õnnestunud sel viisil toota funktsionaalseid valgust kiirgavat dioodi. Uurimisrühm kasutas selleks metallhalogeniidi perovskiiti. See on materjal, mis lubab eriti suurt efektiivsust valguse tekitamisel, kuid teisest küljest on seda raske töödelda.
"Seni ei ole olnud võimalik toota selliseid pooljuhtkihte piisava kvaliteediga vedelast lahusest," ütleb List-Kratochvil. Näiteks võib LED-e printida ainult orgaanilistest pooljuhtidest, kuid need pakuvad ainult tagasihoidlikku heledust. "Väljakutseks oli see, kuidas panna soolasarnane lähteaine, mille me substraadile trükkisime, kiiresti ja ühtlaselt kristalliseeruma, kasutades mingit atraktsiooni või katalüsaatorit," selgitab teadlane. Meeskond valis selleks seemnekristalli: soolakristall, mis kinnitub substraadikülge ja käivitab järgnevate perovskiitkihtide võrgutöö moodustumise.
Oluliselt paremad optilised ja elektroonilised omadused
Sel viisil lõid teadlased trükitud LED-id, millel on palju suurem heledus ja oluliselt paremad elektrilised omadused kui varem, kasutades lisaainete tootmisprotsesse. Kuid List-Kratochvili jaoks on see edu vaid vahepealne samm teel tulevaste mikro- ja optoelektroonika poole, mis tema arvates põhineb ainult hübriidperovskiitpooljuhtidel. "Eelised, mida pakub üks universaalselt kohaldatav materjaliklass ning üks kulutõhus ja lihtne protsess mis tahes komponentide tootmiseks, on silmatorkavad," ütleb teadlane. Seetõttu kavatseb ta lõpuks toota kõik olulised elektroonilised komponendid HZB ja HU Berlini laborites.
