Las cerámicas de óxido de indio-galio-zinc se utilizan como el plano posterior para pantallas planas. Un equipo de investigadores informa la síntesis de cristales individuales a escala de centímetros de un tipo particular de estos semiconductores, InGaZnO4 IGZO-11, concaracterísticas como el ancho de banda amplio y la alta movilidad eléctrica y conductividad, lo que lo convierte en candidatos prometedores para dispositivos optoelectrónicos transparentes como pantallas táctiles y LED orgánicos.
En 1985, Noboru Kimizuka del Instituto Nacional de Investigación de Materiales Inorgánicos, Japón fue pionero en la idea de cerámica policristalina de óxido de indio-galio-zinc IGZO, con la fórmula química general InGaO3 m ZnO n m, n = número natural; en lo sucesivo denominado IGZO-mn. Poco habría pensado que sus curiosas propiedades eléctricas llevarían a la industria electrónica a licenciar transistores de película delgada TFT hechos de estos óxidos metálicos para varios dispositivos, incluidos los que se pueden tocarSin embargo, esto no fue fácil. De hecho, incluso hoy en día, muchas de las características de los cristales IGZO puros siguen siendo desconocidas debido a su difícil procedimiento de extracción. Entonces, ¿qué los hace tentadores?
Cuando ilumina los metales, los electrones conductores libres resuenan o vibran con la luz externa ondas electromagnéticas. Por lo tanto, la onda de luz está protegida y, como resultado, la luz no se transmite sino que se refleja. Es por eso que los metales songeneralmente no es transparente a pesar de ser buenos reflectores y conductores. Por el contrario, los semiconductores con una gran separación de banda, como IGZO, pueden absorber y transmitir luz incluso en el rango de luz visible. En general, la gran separación de banda implica que este tipo de materiales sonaislantes: inyectar portadores, utilizando defectos de oxígeno, en un material semiconductor con una gran separación de banda puede producir un material que sea transparente y conductor.
¡Por lo tanto, ser transparentes y conductivos hace que estos semiconductores sean adecuados para su uso en dispositivos optoelectrónicos, como el que está leyendo esto! Además, los transistores basados en IGZO han agregado ventajas tales como alta movilidad de electrones, buena uniformidad sobre un granárea y baja temperatura de procesamiento, lo que hace posible lograr una alta resolución de eficiencia energética sin igual. Dentro de esta familia IGZO-1n, el IGZO-11 policristalino es decir, InGaZnO4 exhibe la conductividad más alta y la mayor brecha de banda óptica. Además, vonLas computadoras tipo Neumann, o simplemente computadoras digitales, requieren circuitos eléctricos de "estado apagado" como los bloques de construcción básicos, con el estado ideal "apagado" correspondiente a una corriente "cero". El IGZO-11 también sobresale en este frente,ya que el valor actual de estado apagado es extremadamente pequeño, lo que implica que la pérdida de energía se puede minimizar.
Sin embargo, todavía no se han obtenido cristales individuales suficientemente grandes de IGZO-11 que podrían usarse para medir sus propiedades físicas. Por lo tanto, sus propiedades intrínsecas precisas no están exploradas. Motivado por esto y el hecho de que un óxido multicomponente con una estructura en capaspodría exhibir conducción anisotrópica, un equipo de investigadores, principalmente de la Universidad de Ciencias de Tokio, dirigido por el profesor Miyakawa, ha desarrollado una técnica novedosa para cultivar cristales individuales del tipo.
El desafío principal en la síntesis de la estructura en capas multicomponente es la formación recurrente de defectos durante el crecimiento del cristal. Además, las propiedades físicas del material eran desconocidas, lo que significaba que la ruta para aislar el cristal tenía que ser meticulosamente marcada.con el hecho de que el IGZO-11 también podría ser un material incongruente bajo presión atmosférica es decir, la fase sólida cristalina se descompone en el proceso de fusión en una segunda fase cristalina, diferente del cristal original, y una fase líquida, la investigaciónEl equipo optó por la zona de flotación óptica OFZ para construir el cristal. Al aumentar la presión del gas, el equipo logró suprimir la evaporación y la vaporización, y hacer crecer un buen cristal único de la fase líquida.
Por lo tanto, OFZ permitió el crecimiento de cristales de óxido de alta calidad sin la necesidad de un crisol o un recipiente, lo que brinda un mejor control sobre la temperatura y la presión a las que está sujeto el material líquido. Además, el uso de alimentación rica en Zn-la vara en la síntesis permitió a los investigadores controlar el nivel de ZnO que de otro modo se habría evaporado, haciendo que la síntesis fuera inútil.
Al tener éxito con la síntesis del cristal, los investigadores estudiaron sus propiedades físicas. Observaron que el cristal naciente parecía de color azulado. Al recocer o calentar y luego enfriar lentamente en atmósfera libre y oxígeno adicional, el cristal se volvió transparente.los portadores producidos por las vacantes de oxígeno en los cristales absorben la luz roja y emiten luz azul; por lo tanto, los investigadores asociaron el cambio de color con este oxígeno que llena las vacantes cuando el cristal se somete a recocido.
Para completar la historia, los investigadores midieron la conductividad eléctrica, la movilidad y la densidad del portador del cristal, y sus dependencias de temperatura. Notaron que después del recocido todas las propiedades eléctricas mostraron una disminución. La densidad y la conductividad del portador podrían controlarse dentro delrango de 10 17 -10 20 cm -3 y 2000-1 S cm -1 a temperatura ambiente después del recocido. También informaron un aumento en la movilidad al aumentar la densidad del portador, lo cual se observó previamente en estudios de transporte para algunas películas delgadas IGZO-1n. Esto sugiere que el comportamiento inusual es una característica intrínseca dela familia IGZO-1n.
Curiosamente, el equipo observó que la conductividad a lo largo del eje c eje perpendicular a cada plano en la estructura en capas es> 40 veces menor que en el plano ab plano de la capa en los cristales individuales, yque la anisotropía aumenta con la disminución de la densidad de portadores. Como explica el profesor Miyakawa, "la distancia indio-indio a lo largo del eje c es mucho más larga que la del plano ab. Por lo tanto, la superposición de la función de onda es menor en la dirección del eje c"Debido a que el grado de superposición de las funciones de onda de los orbitales electrónicos determina la facilidad con la que se pueden mover los electrones, los investigadores afirman que este podría ser el origen de la conductividad anisotrópica para los cristales IGZO-11".
Anteriormente, la familia IGZO se ha utilizado en pantallas de cristal líquido, incluso en teléfonos inteligentes y tabletas y, de hecho, recientemente también en grandes televisores OLED. La conductividad eléctrica y la transparencia de este material novedoso hacen que IGZO se destaque. Mientras fabrica transistoresdel IGZO-11 que se puede aplicar directamente en los LED sigue siendo un trabajo en progreso, esta investigación fascinante marca el comienzo de muchos más descubrimientos.
Entonces, ¿ves por qué IGZO-11 es importante o lo estás viendo?
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Universidad de Ciencias de Tokio . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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