Phát triển chất bán dẫn thân thiện với môi trường bốc hơi nhiệt
bởi Đại học Khoa học & Công nghệ Pohang (POSTECH)
Các số liệu liên quan đến nghiên cứu. Ảnh: POSTECH
Chất bán dẫn là sản phẩm không thể thiếu trong cuộc sống của chúng ta, được sử dụng trong mọi thứ, từ điện thoại thông minh, máy tính cho đến phương tiện giao thông. Tuy nhiên, sự phát triển của chúng ngày càng đặt ra một vấn đề: khi chất bán dẫn cải thiện về chức năng và khối lượng sản xuất, chi phí cho môi trường cũng tăng lên.
Khí nhà kính và chất thải chắc chắn phát sinh từ quy trình sản xuất chất bán dẫn đã được coi là vấn đề môi trường nghiêm trọng và khi đối mặt với khủng hoảng khí hậu, các cộng đồng học thuật và công nghiệp đang phải vật lộn để đối phó với chúng.
Một nhóm nghiên cứu do Giáo sư Yong-Young Noh và Tiến sĩ Ao Liu thuộc Khoa Kỹ thuật Hóa học tại POSTECH đứng đầu đã phát triển thành công chất bán dẫn loại n hiệu suất cao của Bi2S3 và chất bán dẫn loại p Te thông qua quy trình bay hơi nhiệt đơn giản.
Kỹ thuật này đã thu hút sự chú ý ở chỗ chúng có thể được phát triển trên một diện tích rộng bằng cách sử dụng quy trình bay hơi nhiệt được sử dụng để sản xuất OLED diện tích lớn thế hệ thứ 8 (2200 × 2500 mm), trong các mạch điều khiển của màn hình OLED và nhiều loại chất bán dẫn. mạch vì nó không tốn kém và thân thiện với môi trường.
Oxit kim loại/silic đa tinh thể (LTPO) hiện có ưu điểm là thời lượng pin lâu hơn cho thiết bị di động do mức tiêu thụ điện năng thấp, nhưng đòi hỏi quy trình sản xuất phức tạp và tốn kém. Để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về quản lý môi trường, xã hội và quản trị (ESG), rất nhiều nghiên cứu đã được tiến hành để phát triển một quy trình sản xuất chất bán dẫn đơn giản và thân thiện với môi trường hơn bằng cách giảm mức tiêu thụ năng lượng.
Nhóm của Giáo sư Noh đã quyết định sử dụng một vật liệu hai chiều, chalcogen kim loại chuyển tiếp, tương tự như graphene. Chalcogen đề cập đến lưu huỳnh, selen và Tellurium, không bao gồm oxy, tạo thành Nhóm 16 trong bảng tuần hoàn các nguyên tố. Các hợp chất làm từ các kim loại chuyển tiếp này có các đặc tính của cả chất dẫn điện và chất bán dẫn.
Thay vì quy trình giải pháp thông thường, nhóm nghiên cứu đã sử dụng Bi2S3 để sản xuất màng mỏng của chất bán dẫn thông qua quy trình bay hơi nhiệt, trong đó vật liệu được làm bay hơi nhiệt trong môi trường chân không cao và hơi nước thu được được gắn vào bảng.
Quá trình này trong đó lượng điện tích có thể được kiểm soát thông qua xử lý nhiệt đơn giản và chất bán dẫn và dây dẫn có thể được sản xuất tùy ý mà không cần pha tạp được coi là công nghệ độc quyền cốt lõi của nghiên cứu này.
Nhóm nghiên cứu đã tạo ra bóng bán dẫn màng mỏng loại n hiệu suất cao dựa trên quy trình này và cũng đã phát triển thành công chất bán dẫn loại p hiệu suất cao Te theo cách tương tự.
Ngoài ra, nếu quy trình sản xuất bóng bán dẫn và mạch điện tử này được thêm vào quy trình sản xuất tiêu chuẩn cho OLED, thì chúng có thể được sản xuất thông qua quy trình một bước. Phương pháp này sẽ góp phần hạ thấp đáng kể chi phí sản xuất OLED cao, hiện được coi là một trong những nhược điểm của công nghệ.
Ngân sách và chi phí sản xuất cần thiết cho quy trình cũng có thể giảm do thiết bị bay hơi nhiệt hiện đang được sử dụng cho OLED có thể được sử dụng mà không cần thiết bị mới cho quy trình này.
Giáo sư Noh, người đứng đầu nghiên cứu giải thích: "Bi2S3 và Te được sử dụng cho nghiên cứu này là những vật liệu rất hấp dẫn có thể được chuyển đổi từ chất dẫn điện thành chất bán dẫn thông qua xử lý nhiệt đơn giản. Nghiên cứu này đã thành công trong việc hiện thực hóa loại n và p-ở quy mô wafer. loại bóng bán dẫn và mạch biến tần bổ sung được xây dựng bằng sự kết hợp của hai loại bóng bán dẫn thông qua quá trình bay hơi nhiệt đơn giản, thay vì thông qua MOCVD tốn kém."
Ông nói thêm, "Nghiên cứu này sẽ dẫn đến nhiều nghiên cứu bổ sung sử dụng các thiết bị bán dẫn chalcogen và thương mại hóa công nghệ liên quan." Anh ấy cũng giải thích về kế hoạch của mình, nói rằng "Dựa trên công nghệ này, chúng tôi đang mở rộng nghiên cứu này sang các thiết bị bộ nhớ và thiết bị mô phỏng thần kinh."
