Transístor de perovskita tipo p da Coreia do Sul alcança progresso significativo, com potencial para ser usado em DRAM de computação de IA.

Equipa de investigação sul-coreana alcança resultados inovadores no setor dos semicondutores, desenvolvendo com sucesso transístores de perovskita do tipo p com desempenho e estabilidade significativamente melhorados, que poderão resolver o problema central que há muito limita o desenvolvimento de chips de alto desempenho e baixo consumo, abrindo novos caminhos para dispositivos de memória de próxima geração, como DRAM empilhada verticalmente para computação de IA.

Segundo o jornal sul-coreano Herald na quinta-feira, a equipa de investigação do Professor Noh Yong-young da Universidade de Ciência e Tecnologia de Pohang (POSTECH) anunciou que o transístor de perovskita do tipo p baseado numa película fina de césio-estanho-iodo (CsSnI₃) que desenvolveram apresenta uma mobilidade de lacunas superior a 50 cm²/V·s e uma relação de corrente on/off superior a 100 milhões (10⁸), atingindo o nível mais elevado a nível mundial para transístores de perovskita do tipo p. Os resultados da investigação foram publicados na revista académica internacional de topo Nature.

O principal avanço deste estudo reside na resolução do problema de estabilidade ao ar que há muito afeta os semicondutores de perovskita à base de estanho – o novo dispositivo pode funcionar de forma estável ao ar durante mais de 4 horas e manter o desempenho inicial sob condições de envelhecimento acelerado a 100°C por mais de um mês, enquanto dispositivos anteriores do mesmo tipo falhavam em poucos minutos ao ar.

A equipa de investigação afirmou que este resultado irá acelerar o processo de aplicação prática de transístores de película fina de perovskita do tipo p em circuitos integrados, tendo grande importância para áreas como DRAM empilhada verticalmente para computação de IA, circuitos de acionamento de ecrãs de nova geração e dispositivos vestíveis.

Transístor do tipo p: Um dos "dez grandes desafios futuros" no setor dos semicondutores

Os transístores são as unidades básicas dos chips, divididos em tipo n (que transportam eletrões) e tipo p (que transportam lacunas, os espaços vazios deixados pelos eletrões). A realização de semicondutores de alto desempenho e baixo consumo depende do equilíbrio de desempenho entre os dois tipos de transístores, mas a melhoria do desempenho dos transístores do tipo p tem sido historicamente muito difícil, tendo sido listada pelo Ministério da Ciência e TIC da Coreia do Sul como um dos "dez grandes desafios futuros no setor dos semicondutores".

Os materiais de perovskita à base de estanho, devido ao transporte eficiente de lacunas e ao desempenho comparável aos semicondutores de óxido existentes, têm sido vistos há muito como candidatos para resolver este problema. No entanto, a sua maior desvantagem é a extrema sensibilidade ao ar: os iões de estanho não reagidos (Sn²⁺) que permanecem na superfície do material oxidam rapidamente em contacto com o ar, gerando um grande número de defeitos que bloqueiam o fluxo de carga, levando a uma queda drástica no desempenho do semicondutor.

Estratégia de "reconstrução superficial volátil" resolve o gargalo da estabilidade

A equipa de Noh Yong-young propôs uma solução chamada "reconstrução superficial volátil".

Após tratar a superfície do semicondutor CsSnI₃ com acetato de potássio (KAc), os iões de estanho não reagidos que causavam a degradação do desempenho são convertidos em acetato de estanho(II) (Sn(Ac)₂), um composto volátil que se evapora naturalmente para o ar. Após a saída dos iões de estanho, o iodeto de potássio (KI) é gerado espontaneamente in situ, formando uma "camada de autodefesa" que protege o semicondutor da erosão do ambiente externo.

Este processo reduz significativamente a tensão limiar do dispositivo, com a mobilidade de lacunas a ultrapassar 50 cm²/V·s e a relação de corrente on/off a atingir mais de 10⁸. Em termos de estabilidade, o novo dispositivo pode funcionar continuamente ao ar por mais de 4 horas e manter o desempenho inicial sob condições de envelhecimento acelerado a 100°C por mais de um mês, representando um salto qualitativo em relação à estabilidade de dispositivos anteriores do mesmo tipo.

Perspetivas de aplicação: Memória para IA, acionamento de ecrãs e dispositivos vestíveis

O Professor Noh Yong-young afirmou que esta é a primeira vez a nível mundial que resultados sobre transístores de película fina de perovskita do tipo p são publicados na Nature, graças ao apoio contínuo da Samsung Display e do Ministério da Ciência e TIC da Coreia do Sul durante seis anos.

Ele destacou que este estudo resolveu o problema de baixa estabilidade que há muito afeta os semicondutores de perovskita à base de estanho, promovendo o estabelecimento da estabilidade a longo prazo dos transístores de película fina de perovskita do tipo p e a sua aplicação em circuitos integrados. Em termos de direções de aplicação, esta tecnologia tem o potencial de se tornar uma base importante para tecnologias essenciais da indústria eletrónica futura, como dispositivos de memória DRAM empilhados verticalmente para computação de IA, circuitos de acionamento de ecrãs de nova geração, dispositivos vestíveis e dispositivos semicondutores de alta integração.

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