Novo avanço em semicondutores flexíveis: a velocidade de transmissão é suficiente para gerar pixels OLED

Ahn e sua equipe esperam criar um relógio inteligente ou uma tela flexível do tamanho de um smartphone.

Uma das excelentes propriedades do uso de dissulfeto de molibdênio como material semicondutor 2D é que elas são facilmente dobráveis. Os elétrons podem se mover rapidamente nesses semicondutores. Ao mesmo tempo, esses semicondutores são transparentes porque têm apenas um átomo de espessura. Esses recursos os tornam materiais ideais para fazer displays OLED flexíveis. No entanto, quando os fabricantes tentam processar o dissulfeto de molibdênio em transistores que controlam os pixels OLED, a resistência entre o dissulfeto de molibdênio (MoS2) e a fonte e dreno do transistor será muito alta, tornando impossível este material excelente. Agora, engenheiros coreanos descobriram uma maneira de aplicar transistores de dissulfeto de molibdênio a telas OLED flexíveis. Eles usam esse transistor para formar uma simples matriz de 6 × 6 pontos em uma folha de plástico com apenas 7 mícrons de espessura. Esta folha de plástico pode ser anexada à pele humana. Este visor simples de plástico é muito macio e não se rompe quando dobrado com um raio de curvatura inferior a 1 cm.

Jong-Hyun Ahn, um especialista em eletrônica flexível da Universidade Yonsei, em Seul, explicou que a "mobilidade da operadora" é o principal desempenho que eles precisam resolver. Esse desempenho mede a taxa na qual a carga passa pelo semicondutor. Por exemplo, o material usado para fabricar a maioria dos chips - o silício cristalino tem uma mobilidade de transporte de 1400 centímetros quadrados por segundo de volt (cm2 / Vs). Os semicondutores que compõem o painel traseiro da tela são sistemas para alternar e iluminar pixels. Sua mobilidade de operadora necessária deve ser capaz de gerar corrente suficiente para operar esses pixels e atender aos requisitos de taxa de bits de vídeo. “Para telas de cristal líquido LCD convencionais, seus painéis traseiros podem ser feitos de silício amorfo com baixa mobilidade de transporte.” Ahn disse que a mobilidade eletrônica deste material é de cerca de 1 cm quadrado / V-seg. No entanto, os displays OLED exigem maior mobilidade da operadora. Fabricantes de telas OLED, incluindo LG e Samsung, usam materiais de maior mobilidade, como polissilício (> 10 centímetros quadrados / volt-segundo) e semicondutores de óxido. No entanto, "estes materiais são duros e frágeis", disse Ahn. Eles podem ser dobrados até certo ponto, mas não podem ser dobrados repetidamente.

Um transistor de dissulfeto de molibdênio é ensanduichado por duas camadas de óxido de alumínio (Al2O3) de cima e de baixo. Esse tipo de dispositivo tem alta mobilidade e a alta mobilidade é muito importante para fornecer corrente aos pixels da tela OLED. Para fazer um display OLED ultrafino e flexível, Ahn e sua equipe precisaram liberar o dissulfeto de molibdênio do transistor que o "agarrou". Ahn disse: "A resistência de contato entre o dissulfeto de molibdênio e o eletrodo do transistor é muito alta, e a alta resistência reduzirá a mobilidade da portadora do transistor de dissulfeto de molibdênio". A chave para resolver o problema está em reconhecer que os semicondutores 2D são muito vulneráveis aos materiais circundantes. . Ao contrário do método comum de colocar transistores em uma superfície de óxido de silício, a equipe de Ahn usa materiais que são muito suaves e fáceis de controlar. Eles sanduicham o transistor em duas camadas de óxido de alumínio isolante. As superfícies de contato de Al2O3 e MoS2 aumentam os elétrons no semicondutor, similar à dopagem de produtos químicos no material de silício para torná-lo um fenômeno semicondutor. Este efeito aprimorado supera o problema da alta resistência de contato e aumenta a mobilidade da portadora de carga. Além disso, materiais dielétricos lisos não geram pontos que podem prender a carga, aumentando ainda mais a mobilidade para 17 a 20 cm2 / V-seg.

Eles relataram esta invenção para a revista Science Advances esta semana.