Transistores feitos com perovskita são mais baratos e poluem menos

Cientistas da Universidade de Bath, na Inglaterra, e do Instituto Max Planck, na Alemanha, descobriram como usar a perovskita para fabricar transistores mais ecológicos. A nova técnica é um avanço na criação de componentes eletrônicos mais eficientes, com baixo custo de produção.

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Devido à sua capacidade de ser processada em temperaturas relativamente baixas, a perovskita é considerada pela indústria uma alternativa mais sustentável ao silício, podendo ser aplicada na fabricação de painéis solares, lâmpadas de LED mais econômicas e transistores de última geração.

“As perovskitas de haletos metálicos são ricas em íons. Quando um campo elétrico é aplicado a uma perovskita, esses íons respondem a ele, bloqueando efetivamente o fluxo de elétrons. Em um transistor, a presença de íons interfere nesse fluxo da corrente eletrônica, tornando-o inoperante. Agora, conseguimos mudar isso”, explica o professor de física Kamal Asadi, autor principal do estudo.

A questão dos íons

Transistores convencionais funcionam com um sistema de “portas”, em que os elétrons fluem entre uma fonte e um dreno, com seu fluxo controlado por um campo elétrico aplicado, evitando o surgimento de íons que podem interromper a corrente e prejudicar o desempenho dos componentes eletrônicos.

Como as perovskitas possuem muitos íons, os pesquisadores encontraram uma solução para esse problema bloqueando os íons e permitindo que o material funcionasse como um transistor em temperatura ambiente. Eles desviaram a matéria carregada eletricamente para uma parte diferente do dispositivo, onde não pudesse interferir no fluxo da corrente.

“Até agora, a presença de íons em perovskitas tornava o seu uso em transistores um desafio. O que fizemos foi modificar sua construção em vez alterar o material, resultando em um transistor com uma porta auxiliar extra. Os íons são então empurrados para essa porta, estabelecendo um novo fluxo de elétrons”, acrescenta Asadi.

Porta extra

A porta auxiliar que ajuda a desviar os íons do transistor foi criada com a adição de camadas ferroelétricas, que possuem polarização estável quando um campo elétrico externo é desligado. Essas camadas induzem grandes cargas superficiais que atraem os íons, mantendo-os fixados no mesmo lugar.

“Em temperatura ambiente, os íons da perovskita são bastante móveis. Como no frio os íons são menos instáveis, outras abordagens recorrem à redução da temperatura para fazer os transistores de perovskita funcionarem. Mas em aplicações da vida real, isso significaria que nossos dispositivos baseados em perovskita só funcionariam de forma confiável na geladeira ou na Antártica,” lembra Asadi.

Ao conseguir controlar o transporte de íons usando o conceito da ferroeletricidade, os pesquisadores abrem caminho para o uso de outros materiais combinados com a perovskita para produção de transistores mais baratos, capazes de trabalhar em condições de temperatura ambiente e com gasto energético menor.

“Escolhemos polímeros ferroelétricos por causa da sua compatibilidade e facilidade de processamento com a perovskita. Essa abordagem torna possível a fabricação em grande escala de componentes eletrônicos mais eficientes e duráveis”, encerra o professor de engenharia elétrica Beomjin Jeong, coautor do estudo.

Fonte: University of Bath