Оптоэлектронное устройство, изготовленное на гибкой подложке и имеющее поперечное сечение
Исследовательская группа доктора Юнг-Дэ Квона из Отдела исследований материалов для энергетики и окружающей среды Корейского института материаловедения (KIMS) успешно разработала аморфное кремниевое оптоэлектронное устройство с минимальными дефектами, даже с использованием низкотемпературного процесса при температуре 90°C. Результаты исследования опубликованы в журнале Advanced Science.
Примечательно, что команда преодолела ограничения высокотемпературной обработки, точно контролируя коэффициент разбавления водорода — отношение водорода к силану (SiH)4) газ — позволяет создавать высокопроизводительные гибкие оптоэлектронные устройства (датчики, которые обнаруживают свет и преобразуют его в электрические сигналы).
Гибкие оптоэлектронные устройства являются ключевыми компонентами электронных устройств следующего поколения, таких как носимая электроника и датчики изображения, и требуют точного осаждения тонких пленок на тонкие, гибкие подложки. Тем не менее, основным ограничением была необходимость высокотемпературной обработки выше 250 °C, что затрудняло применение этих устройств на термочувствительных гибких подложках.
Чтобы преодолеть это ограничение, исследовательская группа использовала точное управление коэффициентом разбавления водорода с помощью контроллеров массового расхода во время процесса химического осаждения из газовой фазы (PECVD), усиленного плазмой, который обычно используется для изготовления тонкопленочных устройств. Такой подход позволил добиться равномерного качества тонких пленок даже при низких температурах.
Кроме того, применяя пассивацию водорода, они улучшили электрические характеристики материала и свели к минимуму количество тонкопленочных дефектов. В результате им удалось изготовить гибкое оптоэлектронное устройство, которое сохранило свою производительность при снижении температуры обработки более чем на 60% по сравнению с традиционными методами. Такое существенное сокращение теплового бюджета также способствует снижению общих производственных затрат.
Эта технология использует фоторезист (PR) в качестве жертвенного слоя, чтобы обеспечить чистое и точное формирование активных областей в оптоэлектронных устройствах. Фоторезист обеспечивает стабильное нанесение тонких пленок даже на термочувствительные гибкие подложки и может быть легко удален с помощью простого процесса, тем самым оптимизируя и повышая эффективность всего производственного процесса. Одним из ключевых преимуществ результатов исследования является возможность надежного производства высококачественных оптоэлектронных устройств без необходимости проведения сложных процессов плазменного травления.
Используя эту технологию, исследовательская группа достигла высокой светочувствительности — примерно 96% от фоточувствительности обычных устройств с высокотемпературной обработкой.
Кроме того, проведя более 2700 испытаний на изгиб с радиусом изгиба 5 мм, устройство продемонстрировало превосходную механическую прочность и стабильность без ухудшения характеристик. В результате, ожидается, что эта технология будет широко применяться при изготовлении носимых и гибких электронных устройств.
Доктор Юнг-Дэ Квон, главный исследователь в KIMS, заявил: «Эта технология демонстрирует потенциал для производства высококачественных тонких пленок и высокопроизводительных оптоэлектронных устройств без высокотемпературной обработки, просто за счет точного контроля коэффициента разбавления водорода.
«Мы ожидаем, что это достижение позволит разработать экономически эффективные и высокопроизводительные гибкие оптоэлектронные устройства для различных приложений, включая носимую электронику, датчики изображения и оптические датчики».