High-performance and scalable metal-chalcogenide semiconductors and devices via chalco-gel routes.
High-performance and scalable metal-chalcogenide semiconductors and devices via chalco-gel routes.
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DOI：
10.1126/sciadv.aap9104
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发表时间：
2018-04
期刊：
影响因子：
13.6
通讯作者：
Park SK
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Kwon SM;Won JK;Jo JW;Kim J;Kim HJ;Kwon HI;Kim J;Ahn S;Kim YH;Lee MJ;Lee HI;Marks TJ;Kim MG;Park SK
展示了基于硫凝胶的金属硫族化物半导体和可扩展的高性能电子器件。我们报告了一个一般性的战略，获得高品质，大面积的金属硫族化物半导体薄膜的前体结合螯合金属盐与chalcoureas或chalcamides。使用传统的有机溶剂，这样的前体能够快速形成硫族凝胶，其容易地转化为具有大的、均匀的面积的相应的高性能金属硫族化物薄膜。在相对较低的处理温度（<400°C）下成功地合成了多种金属硫属化物及其合金（MQx：M = Zn、Cd、In、Sb、Pb; Q = S、Se、Te）。这种可扩展的路线的多功能性证明了大面积薄膜晶体管（TFT），光电子器件和集成电路上的4英寸硅晶片和2.5英寸硼硅酸盐玻璃基板在环境空气中使用CdS，CdSe和In 2Se 3活性层的制造。CdSe TFT表现出大于300 cm 2 V-1 s-1的最大场效应迁移率，开/关电流比>107，以及良好的操作稳定性（在10 ks的正栅极偏置应力下阈值电压偏移< 0.5 V）。此外，还展示了光电探测率>1013 Jones的金属硫族化物光电晶体管和以~2.6 MHz的速度（每级传播延迟< 27 ns）工作的七级环形振荡器。
Chalco-gel–based metal-chalcogenide semiconductors and scalable high-performance electronic devices were demonstrated. We report a general strategy for obtaining high-quality, large-area metal-chalcogenide semiconductor films from precursors combining chelated metal salts with chalcoureas or chalcoamides. Using conventional organic solvents, such precursors enable the expeditious formation of chalco-gels, which are easily transformed into the corresponding high-performance metal-chalcogenide thin films with large, uniform areas. Diverse metal chalcogenides and their alloys (MQx: M = Zn, Cd, In, Sb, Pb; Q = S, Se, Te) are successfully synthesized at relatively low processing temperatures (<400°C). The versatility of this scalable route is demonstrated by the fabrication of large-area thin-film transistors (TFTs), optoelectronic devices, and integrated circuits on a 4-inch Si wafer and 2.5-inch borosilicate glass substrates in ambient air using CdS, CdSe, and In2Se3 active layers. The CdSe TFTs exhibit a maximum field-effect mobility greater than 300 cm2 V−1 s−1 with an on/off current ratio of >107 and good operational stability (threshold voltage shift < 0.5 V at a positive gate bias stress of 10 ks). In addition, metal chalcogenide–based phototransistors with a photodetectivity of >1013 Jones and seven-stage ring oscillators operating at a speed of ~2.6 MHz (propagation delay of < 27 ns per stage) are demonstrated.
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