குறைக்கடத்திகளுக்கான ஒரு புதிய தீர்வு படிவு செயல்முறை, அதிக குறைபாடுகளை அறிமுகப்படுத்துவதன் மூலம் அதிக செயல்திறன் கொண்ட டிரான்சிஸ்டர்களை வழங்குகிறது. அதிவேக லாஜிக் சர்க்யூட்கள் மற்றும் செயல்பாட்டு உயர் தெளிவுத்திறன் கொண்ட கனிம LED காட்சியை உருவாக்க ஆராய்ச்சியாளர்கள் இந்த சாதனங்களைப் பயன்படுத்தினர்.
செமிகண்டக்டர் சாதனங்களுக்கான நிலையான உற்பத்தி நுட்பங்கள் — எலக்ட்ரானிக்ஸ் சாத்தியமாக்கும் தொழில்நுட்பங்கள் — வெற்றிட பாத்திரங்களில் அதிக வெப்பநிலையில் மூலப்பொருட்களை செயலாக்குவது அடங்கும். இது அடிப்படையில் உற்பத்தி திறன் மற்றும் அளவிடுதல் ஆகியவற்றைக் கட்டுப்படுத்துகிறது.
குறைந்த வெப்பநிலை மற்றும் சுற்றுப்புற அழுத்தத்தில் உள்ள இரசாயன தீர்வுகளின் படிவு அடிப்படையிலான செயல்முறைகள் மிகவும் திறமையான மற்றும் அளவிடக்கூடிய மாற்றாக நீண்ட காலமாக பின்பற்றப்பட்டு வருகின்றன, ஆனால் இது போன்ற செயல்முறைகள் பொதுவாக அதிக எண்ணிக்கையிலான கட்டமைப்பு குறைபாடுகளைக் கொண்ட பொருட்களால் குறைந்த சாதன செயல்திறனுக்கு வழிவகுக்கும்.
இல்லினாய்ஸ் அர்பானா-சாம்பெய்ன் பல்கலைக்கழகத்தின் கிரேஞ்சர் பொறியியல் கல்லூரியில் பொருள் அறிவியல் மற்றும் பொறியியலின் இணைப் பேராசிரியரான குயிங் காவோவின் ஆய்வகம், தீர்வு-டெபாசிட் செமிகண்டக்டர்களில் இருந்து அதிக செயல்திறன் கொண்ட டிரான்சிஸ்டர்களை வழங்கும் செயல்முறையை உருவாக்கியுள்ளது. இருப்பினும், இந்த செயல்முறைக்கான சிறந்த குறைக்கடத்தி அதன் மூலப்பொருளை விட அதிக குறைபாடு செறிவுகளைக் கொண்டுள்ளது என்பதை அறிந்து ஆராய்ச்சி குழு ஆச்சரியமடைந்தது.
“அதிக குறைபாடுகள் இருந்தாலும், அவற்றின் அமைப்பு வரிசைப்படுத்தப்பட்ட குறைபாடு ஜோடிகளாக இருப்பது குறிப்பிடத்தக்கது, தீர்வு படிவு செயல்முறையுடன் செய்யப்பட்டவற்றில் எங்கள் பொருட்கள் சாதனை-அதிக செயல்திறனைக் கொண்டிருப்பதற்குக் காரணம்” என்று காவ் கூறினார். “அடிப்படை பொருட்கள் அறிவியலை விட நாங்கள் மேலே சென்று, செயல்பாட்டு சுற்றுகள் மற்றும் காட்சிகள் போன்ற அமைப்புகளை உருவாக்க முடியும் என்பதைக் காட்டினோம், பெரிய பகுதிகளை உள்ளடக்கிய உயர் செயல்திறன் கொண்ட எலக்ட்ரானிக்ஸ் தேவைப்படும் பல வளர்ந்து வரும் பயன்பாடுகளில் அவற்றைத் தத்தெடுப்பதற்கு வழி வகுத்தோம்.”
இந்த ஆய்வு, சமீபத்தில் இதழில் வெளியிடப்பட்டது அறிவியல் முன்னேற்றங்கள்வரிசைப்படுத்தப்பட்ட குறைபாடு கலவை குறைக்கடத்தி CuIn இலிருந்து சாதனங்களை உருவாக்குவதற்கான செயல்முறையை கோடிட்டுக் காட்டுகிறது5செ8 தீர்வு படிவு மூலம் தயாரிக்கப்பட்டது. மெகாஹெர்ட்ஸில் இயங்கும் அதிவேக லாஜிக் சர்க்யூட்கள் மற்றும் ஒரு அங்குலத்திற்கு 508 பிக்சல்கள் தீர்மானம் கொண்ட மைக்ரோ-டிஸ்ப்ளே ஆகியவற்றை உருவாக்க அவை பயன்படுத்தப்பட்டன. டிஸ்ப்ளேவில் உள்ள டிரான்சிஸ்டர்கள் கனிம மைக்ரோ-எல்இடிகளை இயக்குகின்றன, இது ஆர்கானிக் எல்இடிகளின் தற்போதைய தரத்திற்கு ஒரு பிரகாசமான மற்றும் நீடித்த மாற்றாகும், ஆனால் ஒவ்வொரு பிக்சலையும் இயக்க அதிக சக்திவாய்ந்த டிரான்சிஸ்டர்கள் தேவைப்படுகின்றன. புதிய பொருள் மற்றும் செயல்முறை அடுத்த தலைமுறை கனிம மைக்ரோ-எல்இடி டிஸ்ப்ளேக்கள் மற்றும் ஹெல்த்கேர், ஸ்மார்ட் பேக்கேஜிங் மற்றும் இன்டர்நெட் ஆஃப் திங்ஸ் ஆகியவற்றிற்கான அதிவேக அச்சிடக்கூடிய மின்னணுவியலை ஆதரிக்கும் என்று காவோ நம்புகிறார்.
தீர்வு டெபாசிட் வாக்குறுதி
நிலையான குறைக்கடத்தி உற்பத்திக்குத் தேவையான தீவிர நிலைமைகள், பதப்படுத்தப்பட்ட பொருட்களின் மேற்பரப்புப் பகுதிகளைக் கட்டுப்படுத்துகின்றன. சில்லுகள் மற்றும் மைக்ரோ எலக்ட்ரானிக்ஸ் ஆகியவற்றிற்கு இது ஏற்றுக்கொள்ளத்தக்கது என்றாலும், மின்னணு காட்சிகள் போன்ற பல சாதனங்கள் ஒருங்கிணைக்கப்பட்டு ஒரு பெரிய பகுதியில் விநியோகிக்கப்பட வேண்டிய பயன்பாடுகளுக்கு பொருளாதார ரீதியாக தடைசெய்யப்பட்டுள்ளது. தீர்வு படிவு, இதில் குறைக்கடத்திகள் திரவத்தில் கரைக்கப்பட்டு, இலக்கு அடி மூலக்கூறு மீது பரவுகிறது, இது பெரிய பகுதி பயன்பாடுகளை இயக்குவது மட்டுமல்லாமல் செயலாக்கத்தை மிகவும் திறமையானதாக்கும்.
“தீர்வு படிவு வளிமண்டல அழுத்தம் மற்றும் மிகக் குறைந்த வெப்பநிலையில் மட்டுமே நிகழலாம் என்பது உற்பத்தி செயல்திறன், செலவு மற்றும் அடி மூலக்கூறு இணக்கத்தன்மையின் அடிப்படையில் நிலையான நீராவி படிவுகளுக்கு விரும்பத்தக்க மாற்றாக அமைகிறது” என்று காவ் கூறினார்.
இருப்பினும், பதப்படுத்தப்பட்ட பொருட்களில் மிகக் குறைவான குறைபாடுகள் இருக்கும் அளவிற்கு நீராவி படிவு நுட்பங்கள் உருவாக்கப்பட்டுள்ளன, இது அதிக செயல்திறன் கொண்ட சாதனங்களுக்கு வழிவகுக்கிறது. வணிகச் செயலாக்கத்தில் தீர்வு படிவு பயன்படுத்தப்படுவதற்கு முன், அது உருவாக்கும் பொருட்கள் அதே செயல்திறன் நிலைகளைக் கொண்டிருக்கும் அளவிற்கு உருவாக்கப்பட வேண்டும்.
ஒரு சிறந்த குறைக்கடத்தி
தாமிரம்-இண்டியம்-செலினியம் பொருட்கள் முதலில் தனது ஆய்வகத்தின் கவனத்தை அவற்றின் ட்யூனிபிலிட்டிக்காக ஈர்த்ததாக காவ் நினைவு கூர்ந்தார். பொருளில் உள்ள ஒவ்வொரு தனிமத்தின் சரியான விகிதாச்சாரத்தை மாற்றுவதன் மூலம், 0.9:1:2 என்ற செப்பு-இண்டியம்-செலினியம் விகிதத்துடன் கூடிய சூரிய மின்கலங்களை உணர ஒரு பரந்த பொருள் வடிவமைப்பு இடத்தை அவர்களுக்கு அனுமதித்தது.
“சிந்தனை என்னவென்றால், பொருள் விகிதாச்சாரத்தின் மீது நமக்குக் கட்டுப்பாடு உள்ளது, எனவே நல்ல சூரிய மின்கலங்களுக்குப் பதிலாக எலக்ட்ரானிக்களுக்கு நல்ல குறைக்கடத்திகளை உருவாக்க அவற்றை சரிசெய்ய முடியுமா?” காவ் கூறினார். “இந்தப் பொருட்களுக்கான தீர்வு படிவு செயல்முறையை நாங்கள் உருவாக்கினோம், மேலும் எலக்ட்ரானிக்ஸ் நோக்கங்களுக்காக ஒரு பொருளைக் கண்டுபிடிக்கும் வரை விகிதாச்சாரத்தில் சோதனை செய்தோம், இது 1:5:8 என்ற காப்பர்-இண்டியம்-செலினியம் விகிதத்தைக் கொண்டுள்ளது. உண்மையில், நாங்கள் கண்டறிந்த கலவை மற்ற தீர்வு செயலாக்கக்கூடிய குறைக்கடத்திகள் மட்டுமல்லாமல், தற்போது காட்சிகளில் பயன்படுத்தப்படும் பெரும்பாலான குறைக்கடத்திகளையும் விஞ்சியது.”
செமிகண்டக்டர் செயல்திறன் பெரும்பாலும் சார்ஜ் மொபிலிட்டி மூலம் அளவிடப்படுகிறது, மின்னழுத்தம் பயன்படுத்தப்படும் போது எலக்ட்ரான்கள் பொருள் வழியாக எவ்வளவு எளிதாக நகரும். பெரிய LCD டிஸ்ப்ளேக்களில் பயன்படுத்தப்படும் உருவமற்ற சிலிக்கான் குறைக்கடத்திகளுடன் ஒப்பிடும்போது, ஆராய்ச்சியாளர்களின் பொருள் CuIn5Se8 500 மடங்கு அதிக இயக்கம் கொண்டது. அதிநவீன ஆர்கானிக் LED டிஸ்ப்ளேக்களில் பயன்படுத்தப்படும் உலோக ஆக்சைடு குறைக்கடத்திகளுடன் ஒப்பிடும்போது, புதிய பொருளின் இயக்கம் நான்கு மடங்கு அதிகமாகும்.
CuIn5Se8 இன் இயக்கம் குறைந்த வெப்பநிலை பாலிகிரிஸ்டலின் சிலிக்கானுடன் ஒப்பிடத்தக்கது, இது ஸ்மார்ட்போன் காட்சிகளில் பயன்படுத்தப்படுகிறது. இருப்பினும், பாலிகிரிஸ்டலின் சிலிக்கான் செயலாக்கத்திற்கு லேசர் அனீலிங் தேவைப்படுகிறது, இது பெரிய சாதனங்களில் அளவிடுவது மற்றும் சேர்ப்பது கடினம். தீர்வு-டெபாசிட் செய்யப்பட்ட CuIn5Se8 பெரிய உயர் செயல்திறன் காட்சிகளை எளிதாக்கும்.
மேலும் குறைபாடுகள், ஆச்சரியம்
CuIn5Se8 ஏன் சிறப்பாக செயல்படுகிறது என்பதைக் கண்டறிவதே ஆராய்ச்சியாளர்களின் அடுத்த கட்டமாகும். அவர்கள் ஜியான்-மின் ஜூவோ, கிரேஞ்சர் இன்ஜினியரிங்கில் மெட்டீரியல் சயின்ஸ் & இன்ஜினியரிங் பேராசிரியரும், மெட்டீரியல் கேரக்டரைசேஷன் நிபுணருமான ஜியான்-மின் ஜூவோவிடம் ஆலோசனை நடத்தினர்.
“பொதுவாக, பொருள் விஞ்ஞானிகளாக, சிறப்பாக செயல்படும் பொருட்களில் குறைவான குறைபாடுகள் இருப்பதாக நாங்கள் நினைக்கிறோம், அதைத்தான் நாங்கள் ஆரம்பத்தில் எதிர்பார்த்தோம்” என்று காவ் கூறினார். “ஆனால், பேராசிரியர் ஜூவோ டிரான்ஸ்மிஷன் எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கியைப் பயன்படுத்தி நுண்ணிய கட்டமைப்பைக் கவனித்த பிறகு எங்களிடம் திரும்பினார். பெற்றோர் கலவையை விட அதிக குறைபாடுகள் மட்டும் இல்லை, ஆனால் இரண்டு வகையான குறைபாடுகள் இணைந்திருக்கலாம்!”
வெளிப்படையான முரண்பாட்டைத் தீர்க்க, ஆராய்ச்சியாளர்கள் கோட்பாட்டாளர் ஆண்ட்ரே ஷ்லீஃப், கிரேஞ்சர் பொறியியலில் பொருள் அறிவியல் மற்றும் பொறியியலின் இணைப் பேராசிரியரிடம் திரும்பினர். புதிய காப்பர்-இண்டியம்-செலினியம் பொருளை உருவகப்படுத்துவதன் மூலம், CuIn5Se8 இல் உள்ள இரண்டு வகையான குறைபாடுகள் ஒன்றிணைந்து ஒழுங்குபடுத்தப்பட்ட குறைபாடு கலவை எனப்படும் ஒரு பொருள் அமைப்பை உருவாக்க முடியும் என்பதை Schleife இன் குழு கண்டறிந்தது. இத்தகைய அமைப்புகளில், பல்வேறு வகையான பொருள் குறைபாடுகள் ஒரு வழக்கமான வடிவத்தில் ஒழுங்கமைக்கப்பட்டு, “ரத்துசெய்”, மேம்பட்ட சார்ஜ் இயக்கத்திற்கு வழிவகுக்கும்.
அதிவேக எலக்ட்ரானிக்ஸ் மற்றும் உயர் செயல்திறன் காட்சிகளை அச்சிடுவதற்கான பாதை
ஆராய்ச்சியாளர்கள் தங்கள் புதிய குறைபாடு-சகிப்புத்தன்மை கொண்ட காப்பர்-இண்டியம்-செலினியம் குறைக்கடத்திகளைப் பயன்படுத்தி காலியம் நைட்ரைடு அடிப்படையிலான மைக்ரோ-எல்இடிகளுடன் ஒரு காட்சியை உருவாக்குவதன் மூலம் தங்கள் செயல்முறையின் திறன்களை நிரூபித்துள்ளனர். 8-பை-8-மைக்ரான் LED பிக்சல்களை இயக்கும் உயர்-செயல்திறன் டிரான்சிஸ்டர்களின் அடிப்படையை CuIn5Se8 பொருள் உருவாக்கியது, ஒரு அங்குலத்திற்கு 508 பிக்சல்கள் தெளிவுத்திறனுடன் நெருக்கமாக நிரம்பியுள்ளது.
“அதிக செயல்திறன் காட்சிகளில் ஆர்கானிக் எல்இடிகள் தரநிலையாக இருந்தாலும், காலியம் நைட்ரைடு போன்ற கனிமப் பொருட்களை அடிப்படையாகக் கொண்ட எல்இடிகள் வேகமான, அதிக பிரகாசம் மற்றும் அதிக ஆற்றல் திறன் கொண்ட மாற்றாக வெளிவருகின்றன” என்று காவ் விளக்கினார். “இருப்பினும், அவை பிரகாசமாக இருப்பதால், அவை இயங்குவதற்கு அதிக சக்தி கொண்ட எலக்ட்ரானிக்ஸ் தேவைப்படுகிறது, மேலும் உயர் தெளிவுத்திறனுக்காக அவற்றை சிறிய தடம் வரை கசக்க விரும்பினால் அது மிகவும் சவாலானது. எங்கள் புதிய குறைக்கடத்தி பணிக்கு ஏற்றது என்பதை நாங்கள் நிரூபித்தோம், மேலும் நாங்கள் தீர்வு படிவு மூலம் அதை திறமையாக தயாரிக்க முடியும் என்று காட்டியுள்ளனர்.”
டிரைவிங் எல்இடிகளுடன் கூடுதலாக, இந்த டிரான்சிஸ்டர்களை ஒருங்கிணைத்து லாஜிக் சர்க்யூட்களை உருவாக்கலாம், மற்ற தீர்வு செயலாக்கக்கூடிய செமிகண்டக்டர்களில் கட்டமைக்கப்பட்டுள்ளவற்றுடன் ஒப்பிடும்போது மீண்டும் சிறந்த செயல்திறனை வழங்குகிறது. இந்த சுற்றுகள் மெகாஹெர்ட்ஸில் 75 நானோ விநாடிகள் வரை தாமதத்துடன் செயல்பட முடியும். செயல்திறனைத் தியாகம் செய்யாமல் குறைந்த விலை தீர்வு படிவு செயல்முறைகளுடன் இணக்கமானது எதிர்கால அச்சிடக்கூடிய மின்னணுவியலுக்கு உறுதியளிக்கிறது. அவர்கள் தொடர்ச்சியான ஆரோக்கிய கண்காணிப்பு, ஒருங்கிணைந்த உணர்திறன் மற்றும் கணினியுடன் கூடிய ஸ்மார்ட் பேக்கிங் மற்றும் மலிவு விலையில் பொருள் சாதனங்களின் பயன்பாட்டைக் காணலாம்.
இந்த செயல்முறையானது வணிகமயமாக்கப்படக்கூடிய அளவுக்கு வளர்ச்சியடைந்திருந்தாலும், சுற்றுச்சூழலுக்கு உகந்ததாக மாற்றப்படும் வரை அவர்கள் நிறுத்தி வைக்கிறார்கள் என்று Cao குறிப்பிடுகிறார்.
“இந்த செயல்முறை தற்போது ராக்கெட் எரிபொருளாகப் பயன்படுத்தப்படும் ஹைட்ராசைனை அடிப்படையாகக் கொண்டது,” என்று அவர் கூறினார். “இது ஒரு தொழில்துறை அமைப்பில் பயன்படுத்தப்படலாம், ஆனால் வேலை செய்வதற்கு பாதுகாப்பான இரசாயனங்களைப் பயன்படுத்துவதற்கான செயல்முறையை நாங்கள் முதலில் மாற்றியமைக்க விரும்புகிறோம் மற்றும் சிறிய சுற்றுச்சூழல் தடம் விட்டுச் செல்ல வேண்டும்.”