Материаловеды из Пенсильванского университета (США) продемонстрировали возможность нанесения (или «печати») нанокристаллов полупроводящего селенида кадмия на гибкие пластиковые подложки

 с целью создания высокопроизводительной электроники. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.

Стандартным ориентиром в электронике служит аморфный кремний, применяющийся (пока повсеместно) для создания среди прочего тонкоплёночных транзисторов, которые используются в подавляющем большинстве мобильных устройств и настольных LCD-дисплеев. Так вот, оказалось, что в схемах пенсильванцев нанокристаллы селенида кадмия обладают в 22 раза более высокой подвижностью носителей заряда, чем это имеет место в аморфном кремнии.

Американские учёные создали гибкие электронные микросхемы на тонких плёнках полупроводниковых нанокристаллов, и они ничем не уступают схемам на аморфном кремнии (фото David Kim / University of Pennsylvania)

Но, помимо скорости, нанокристаллы селенида кадмия предлагают ещё одно важное преимущество — температуру, при которой наносится полупроводящий материал. В то время как в кремниевом производстве используется процесс, требующий нагревания до нескольких сотен (!) градусов, нанокристаллы селенида кадмия могут наноситься при комнатной и отжигаться при весьма невысокой температуре, что делает возможным использование более гибких подложек.

Другое новшество, которое позволило учёным применить гибкие пластики, заключается в выборе лигандов, продолжающихся за пределы индивидуальных нанокристаллов и способствующих повышению проводимости, после создания тонкой плёнки из нанокристаллов. 

Поскольку нанокристаллы диспергированы в жидкости (называемой «чернилами»), появляется возможность использовать самые разнообразные способы нанесения тонких плёнок этих материалов для создания электронных схем. В нашем случае разработчики имели дело только с накапыванием, хотя нанокристаллы могли бы наноситься и распылением, и погружением в раствор, и методом струйной печати. В начале на подложку из гибкого пластика через теневую маску нанесли нижний слой электродов, а с помощью трафарета — золотые проводники. Затем был создан изолирующий слой оксида алюминия, после чего накапыванием раствора на вращающуюся подложку была сформирована 30-нанометровая плёнка нанокристаллов. Наконец, завершая создание электронной схемы, сквозь теневую маску были нанесены верхние электроды.

Используя описанный выше процесс, учёные протестировали производительность нанокристаллов в трёх типах электронных схем: на примере инвертера, усилителя и кольцевого осциллятора, которые являются фундаментальными элементами более сложных систем. Все они работали от напряжения в несколько вольт, что принципиально для мобильной электроники.

Таким образом, использование нанокристаллов селенида кадмия для создания электронных схем обеспечивает уникальную комбинацию свойств: гибкость, относительную простоту производства и низкий уровень энергопотребления.