Perovskite na Inilalagay sa Bapor na Nagpapalakas ng Susunod na Henerasyon ng mga Semiconductor

Ang electronics ay lubos na nakaapekto sa makabagong lipunan, hindi lamang sa telekomunikasyon at libangan kundi pati na rin sa edukasyon, pangangalagang pangkalusugan, transportasyon, pagmamanupaktura, kompyutasyon, at seguridad.

Isang mahalagang bahagi ng mga kagamitang elektrikal ay ang semiconductor, na kilala rin bilang chip. Ang semiconductor ay materyal na may ilang katangian ng parehong insulator at konduktor. Maaari itong baguhin upang matugunan ang tiyak na pangangailangan ng elektronikong komponent kung saan ito nakalagay. Kabilang sa mga tungkulin nito ang pagpapalakas ng mga signal, pagpalit (switching), at pag-convert ng enerhiya.

Ang industriya ng semiconductor ay nakatuon sa pagbuo ng mas maliit, mas mabilis, at mas murang mga produkto at patuloy na nagsusuri ng mga bagong materyales upang makamit ang mga layuning ito at itulak ang susunod na henerasyon ng mga elektronikong aparato.

Pagsusuri sa Non-toksikong Tin (Sn)-Based na Perovskite para sa mga Semiconductor

Sa mga umuusbong na semiconductor, ang metal-halide na perovskite ay nakakuha ng atensyon dahil sa kahanga-hangang katangian ng pagdadala ng karga at murang, malawakang pag-deposit sa mababang temperatura. 

Ang mga metal halide ay mga compound na nabubuo kapag nagkakombina ang mga elemento ng metal at halogen. Halimbawa nito ay ang sodium chloride, na asin, at uranium hexafluoride, na ginagamit bilang panggatong sa mga nuclear reactor. 

Ang mga perovskite ay isang klase ng mga materyales na may kristal na estruktura na ABO3. Dito, ang A ay isang rare earth element, habang ang B ay isang transition metal. Ang mga materyales na ito ay ginagawa sa pamamagitan ng thermal decomposition ng mga acetate, nitrate, at carbonate sa mataas na temperatura na nasa pagitan ng 600 at 900 degrees Celsius.

Sa mga metal-halide na perovskite, ang mga non-toksikong tin (Sn)-based na kandidato na may natatanging kristal na estruktura ay lumitaw bilang mga pangakong kandidato. Ang mga tin-based na semiconductor ay lubos na kanais-nais para sa mga aplikasyon sa enerhiya dahil sa kanilang mababang toksisidad at biocompatibility.

Isang pag-aaral¹ na isinagawa ng mga mananaliksik mula sa Iowa State University ay tumuon sa tin-based na chalcohalides, na iniimbestigahan bilang mga semiconductor para sa maraming aplikasyon. Ang mga ito ay talagang nagtataglay ng optoelectronic na katangian, nagpapakita ng likas na mataas na katatagan, at kahusayan sa power conversion.

Ang pag-aaral ay nakatuon sa pag-develop ng multinary tin chalcohalide na mga semiconductor, gamit ang isang versatile na solusyon-fase na pamamaraan, bilang mga alternatibo na walang lead para sa mga optoelectronic na aplikasyon. Pinatunayan nito na ang mga tin chalcohalide ay nagpapakita ng kahanga-hangang katatagan sa tubig sa ilalim ng ambient na kondisyon at mahusay na resistensya sa init sa paglipas ng panahon kumpara sa mga halide na perovskite. Sa pamamagitan ng gawaing ito, layunin nitong makatulong sa pagdisenyo ng mas matatag at biocompatible na mga semiconductor at mga aparato.

Mataas na Performance na P-Channel TFTs para sa Bilis at Kahusayan

Pagdating sa non-toksikong tin (Sn)-based na cTin (Sn2+)-halide na perovskite, ang mga tulad ng caesium tin triiodide (CsSnI3), formamidinium tin triiodide (FASnI3), at methylammonium tin triiodide (MASnI3), ay nagpapakita ng potensyal sa pag-develop ng mataas na performance na p-channel thin-film transistors (TFTs).

Ang mga TFT ay karaniwang ginagamit sa liquid crystal displays (LCDs) at sila ang nagdadala ng puwersa sa likod ng mga flat-panel display sa mga smartphone, tablet, laptop, desktop, at HD TV.

Kapag ginagamit ang aming mga aparato, libu-libong microscopic na komponent, na kilala bilang mga transistor, ay patuloy na gumagana sa likod ng eksena, nagreregula ng mga kuryente upang magpakita ng mga imahe at tiyakin ang maayos na operasyon. 

Ngayon, ang mga transistor ay hinahati bilang n-type (electron transport) at p-type (hole transport). Ang mga n-type na aparato ay karaniwang nagpapakita ng mas mataas na performance. Ngunit kung nais nating makamit ang high-speed computing habang mababa ang konsumo ng enerhiya, kailangan din ng mga p-type na transistor na maabot ang katumbas na kahusayan.

Kaya, ang pokus ay nasa mataas na performance na p-channel thin-film transistors. Upang makagawa ng TFT, karaniwang nagde-deposit ng semiconductor tulad ng silicon o metal oxides at isang dielectric layer, karaniwang gawa sa inorganic na materyales, sa ibabaw ng non-conducting substrate tulad ng salamin o plastik.

Ngayon, kung nais nating gamitin ang mga perovskite bilang channel layers, o semiconductor material, sa mga aplikasyon ng thin-film transistor, kailangan nating i-adjust ang kanilang napakataas na konsentrasyon ng butas (hole concentration). Kailangan din nating kontrolin ang proseso ng kristalisasyon upang mapahaba ang scattering time. 

Upang kontrolin ang nucleation at kristalisasyon ng Sn2+-halide perovskite precursors, ginagamit ang mga composition engineering method. Pinapayagan nito ang mga TFT na makamit ang mataas na hole field-effect mobility na katumbas ng mga low-temperature polycrystalline device, na pangunahing ginagamit sa industriya ng solar photovoltaic at electronics.

Ang pangunahing teknik sa pag-deposit na ginagamit para sa Sn2+-halide perovskite thin films ay ang solution processing, na katulad ng pagpasok ng tinta sa papel. Ang teknik na ito ay nagbibigay ng mabilis na pagsubok sa optimization nang cost-effective.

Ang mabilis na pag-unlad na ito sa laboratoryo pati na rin ang mga posibilidad para sa hinaharap na mababang-gastos, mataas na throughput na paggawa ay dahilan kung bakit karamihan ng pananaliksik na nakapalibot sa paggamit ng mga halide perovskite sa optoelectronics ay pangunahing nakasentro sa solution-based deposition methods.

Sa totoong mundo, gayunpaman, hindi ito ganun. Ito ay dahil ang paglipat ng teknik mula sa laboratoryo patungo sa industriyal na kapaligiran ay mahirap. Kapag inilapat sa isang opto-electronic industrial production chain, kahit ang pinaka-eksperto ay nahihirapang makamit ang sapat na production yield at reproducibility gamit ang metodong ito.

Kaya, habang ang solution-processed na tin (Sn2+)-halide perovskite ay maaaring gamitin para sa p-channel TFTs na may performance na katumbas ng commercial low-temperature polysilicon technology, lumilitaw ang problema hindi lamang sa konsistent na kalidad kundi pati na rin sa scalability at commercialization dahil sa kanilang mababang compatibility sa umiiral na manufacturing processes para sa flat-panel displays at semiconducting devices. 

Mga Vapor-based na Teknik sa Deposition ang Nangunguna

Ang vapor deposition ay lumitaw bilang alternatibo sa solution-based na mga teknik upang makagawa ng Thin-Film Transistors (TFTs).

Ito ay talagang isang popular at nangungunang teknik para sa komersyal na thin-film electronics dahil sa pagiging simple nito, kahusayan sa precision, napakagandang kalidad ng film, at compatibility sa tradisyunal na proseso ng produksyon. 

Ang kapal at morpolohiya ng manipis na film ay may kritikal na epekto sa performance ng device, at pinapayagan ng vapor deposition ang tumpak na manipulasyon nito.

Parehong ang physical vapor deposition (PVD) at chemical vapor deposition (CVD) ay nag-aalok ng mahusay na kontrol sa kapal ng film, komposisyon, at mga katangian. 

Dahil sa mga limitasyon ng solution-based na mga teknik, ang vapor-based deposition techniques ang pinaka-karaniwang ginagamit sa totoong industriyal na kapaligiran, lalo na sa paggawa ng photovoltaic. Halimbawa, ang nangungunang PV solar energy solution provider, First Solar (FSLR ), ay gumagamit ng vapor processing upang gumawa ng kanilang cadmium telluride solar cells. Isa pang halimbawa ay ang Heliatek GmbH, na gumagamit ng thermal evaporation para sa kanilang komersyal na organic photovoltaics.

Ngunit, siyempre, ang vapor-based na mga teknik sa deposition ay hindi walang hamon. Kabilang dito ang mataas na gastos, komplikadong proseso, limitadong throughput, at mga limitasyon sa laki at hugis ng substrate.

Isang pag-aaral mula noong nakaraang taon na nagpakilala ng isang bagong pamamaraan² na tinatawag na continuous flash sublimation (CFS) upang malampasan ang mga limitasyon ng vapor deposition sa paggawa ng mataas na kalidad na inorganic halide perovskite films.

Pinahintulutan ng kanilang CFS technique ang mabilis at tuloy-tuloy na deposition, na nagbabawas ng oras ng paggawa at nagpapabuti ng pagkakapantay-pantay ng film, na mahalaga para sa scalable manufacturing ng mga perovskite-based na device.

Ayon sa mga natuklasan ng pag-aaral, ang paggamit ng mga film na nakuha sa pamamagitan ng CFS sa praktikal na solar cells ay nagresulta sa performance na hindi lamang katumbas ng mga solution-deposited na film kundi mas mahusay pa kaysa sa naunang iniulat na vapor-deposited na all-inorganic perovskite devices.

Iniulat ng pananaliksik ang power conversion efficiencies na 15%, na nagbibigay ng “pinakamabisang vapor-processed solar cells na gumagamit ng inorganic halide perovskite absorber” habang nilulutas ang mga hamon sa vapor-processed na perovskite solar cells, kabilang ang napakatagal na processing time at kakulangan ng tuloy-tuloy na deposition, na parehong humaharang sa mabilis na aplikasyon ng vapor-based na mga pamamaraan sa industriyal na sukat.

Pagbabago sa mga Semiconductor gamit ang Vaporized na Mga Layer ng CsSnI3

Ang mga proseso ng kristalisasyon sa vapor deposition ay kinabibilangan ng mabagal na solid reactions, kabaligtaran ng mabilis na ionic reactions sa solution processing.

Ito ay nagiging hamon na makamit ang mataas na kalidad, mataas na mobility na Sn2+-perovskite channels na may angkop na hole density sa pamamagitan ng vapor deposition.

Upang malampasan ang mga limitasyon, isang pangkat ng mga mananaliksik na pinamumunuan ni Dr. Youjin Reo at Propesor Yong-Young Noh mula sa Department of Chemical Engineering sa Pohang University of Science and Technology (POSTECH) ay nakabuo ng isang makabago na teknolohiya.

Ang ginawa ng pangkat ay gumamit ng thermal evaporation approach na may CsSnI3 (inorganic caesium tin iodide) upang gumawa ng p-channel Sn2+-halide perovskite TFTs, na nagpapakita ng potensyal sa pagbabago ng susunod na henerasyon ng mga display at elektronikong aparato. 

Ang pag-aaral, na kolaboratibong isinagawa kasama sina Propesor Huihui Zhu at Ao Liu mula sa University of Electronic Science and Technology of China (UESTC), ay inilathala sa Nature Electronics³ at nakatanggap ng suporta mula sa Korean Government, National Natural Science Foundation of China, at Samsung Display Corporation.

Matagumpay na inapply ng pangkat ang thermal evaporation, na malawakang ginagamit sa paggawa ng semiconductor chips at OLED TV, upang makagawa ng mataas na kalidad na CsSnI3 semiconductor layers.

Sa ilalim ng metodong ito, ang mga materyales ay vaporized sa mataas na temperatura upang lumikha ng manipis na film sa substrate.

Bukod sa vapor-depositing ng inorganic CsSnI3-based p-channel TFTs, gumamit ang pangkat ng lead chloride (PbCl2) bilang additive. Sa pamamagitan lamang ng pagdagdag ng maliit na dami ng PbCl2, napabuti nila ang uniformity at kristalinidad ng perovskite thin films. 

Ang paraan ng pag-andar nito ay ang paggamit ng volatile chloride bilang reaction initiator, na nagdudulot ng solid-state reactions ng mga na-evaporate na perovskite compounds, na nagpalawak sa kumpletong perovskite phase formation. Bilang resulta, pinasigla nito ang mas siksik na malalaking butil sa isang cascading na paraan. 

Bukod sa pagpapadali ng pagbuo ng pare-pareho, mataas na kalidad na perovskite films, ito rin ay nagmomodula ng mataas na hole density, na ginagawang angkop para sa paggamit bilang channel layer.

Ang mga optimized na TFT ng pag-aaral (CsSnI3:PbCl2 TFTs) ay nagpakita ng pangmatagalang storage stability (higit sa 150 araw) at kahanga-hangang performance, na nakakamit ng hole mobility na higit sa 33.8 cm² V⁻¹ s⁻¹ at on/off current ratio (Ion/Ioff) na higit sa 10⁸. Ang performance na ito ay katumbas ng kasalukuyang commercialized na n-type oxide semiconductors, na nagpapahiwatig ng mabilis na signal processing at mababang konsumo ng enerhiya sa pag-switch.

Bukod pa rito, gumawa ang pangkat ng isang malak-scale na uniform na Sn2+-halide perovskite TFT array. Sa tagumpaling ito, kasama ang pagpapabuti ng stability ng device, ang inobasyon mula sa POSTECH kasama ang mga mananaliksik ng UESTC ay epektibong nalampasan ang mga pangunahing teknikal na limitasyon ng solution-based na mga pamamaraan.

Kapansin-pansin, dahil ito ay compatible sa umiiral na manufacturing tools na ginagamit sa paggawa ng OLED display, ang teknolohiya ay may malaking potensyal na magbawas ng gastos at pasimplehin ang mga proseso ng paggawa.

Ayon sa pag-aaral, ang mga vapor-deposited na TFT ay may potensyal na magamit sa backplanes para sa organic light-emitting diode displays (OLEDs) o sa mga logic device at circuit para sa monolithic 3D integration, na nangangailangan ng mababang proseso ng temperatura.

“Ang teknolohiyang ito ay nagbubukas ng kapanapanabik na posibilidad para sa komersyalisasyon ng ultra-manipis, flexible, at mataas na resolusyon na mga display sa mga smartphone, TV, vertically stacked integrated circuits, at maging sa mga wearable electronics dahil sa mababang processing temperature na mas mababa sa 300 °C.”

– Propesor Yong-Young Noh

Habang patuloy na umuunlad ang mga breakthrough sa materyales ng semiconductor, tingnan na natin ang isang pangunahing player na maaaring mapag-investan.

I-click dito upang malaman kung ang graphene semiconductors ay narito na.

Pamumuhunan sa mga Semiconductor

Sa mundo ng mga semiconductor, Intel (INTC ) ay isa sa pinakamalaking kumpanya, at ito ay malaki ang pamumuhunan sa pag-develop ng advanced na teknolohiya ng chip. Habang ang industriya ay lumilipat patungo sa mas maliit, mas epektibong mga transistor, ang mga inobasyon tulad ng vapor-deposited na perovskite ay may malaking interes para sa Intel, na naghahanap ng mga alternatibo sa silicon para sa tiyak na mga aplikasyon.

Hindi dapat kalimutan, patuloy na nagtatrabaho ang Intel sa pag-integrate ng mga bagong materyales sa disenyo ng chip upang mapabuti ang performance at kabuuang arkitektura ng chip. 

Intel Corporation (INTC )

Ang kumpanya ay nagpapatakbo sa pamamagitan ng tatlong segment. Ang Intel Products ay kinabibilangan ng Network and Edge (NEX), Data Center and AI (DCAI), at Client Computing Group (CCG). Ang Intel Foundry segment ay isa pa, habang ang All Other segments ay sumasaklaw sa Altera, Mobileye, at iba pa.

Ang pinakamalaking chip maker sa US ay may mga pangunahing kliyente na mga tagagawa ng PC tulad ng Dell, Lenovo, at HP. Gumagawa rin ito ng mga cutting-edge na chip para sa U.S. Department of Defense. Bukod pa rito, nakaseguro ang Intel ng mga partnership sa mga kumpanya tulad ng Microsoft (MSFT ), Cisco, SAP, at Amazon. 

Ang Intel ay may market cap na $91.23 bilyon, at ang mga shares nito ay kasalukuyang nagte-trade sa $20.93, tumaas ng 4.6% ngayong taon. Ang EPS (TTM) nito ay -4.48, at ang P/E (TTM) ay -4.68, ngunit walang dividend yield na inaalok sa mga shareholders.

Bagaman ang performance ng INTC ay naging positibo ngayong taon, ang presyo ng shares ay malayo pa sa peak noong 2021 na halos $67.5. Ang 2023 ay isang maganda para sa mga stock ng Intel. Ngunit ang nakaraang taon ay mahirap, dahil bumaba ang presyo sa ilalim ng $19, at ngayong taon, ang kawalan ng katiyakan dulot ng tariffs at posibleng trade war ay nakaapekto sa malawak na stock market.

“Ang kasalukuyang macro environment ay lumilikha ng mataas na kawalan ng katiyakan sa buong industriya,” pahayag ni CFO David Zinsner. Habang ang kumpanya ay kumukuha ng “disciplined at prudent approach” sa isang tawag kasama ang mga analyst, binigyang-diin ni Zinsner na ang mga patakaran sa kalakalan at regulasyon ay “nagpataas ng tsansa ng economic slowdown, na may tumataas na posibilidad ng recession.”

Gayunpaman, may ilang positibong balita sa paghahanda ng administrasyong Trump na baligtarin ang U.S. chip export restrictions na kilala bilang ‘AI diffusion rule.’ Ito ay magtatapos sa hanay ng mga limitasyon na ipinataw sa mga semiconductor manufacturer ng administrasyong Biden at nakatakdang ipatupad sa Mayo 15.

Sa ilalim ng patakarang ito, ang mga bansa ay inorganisa sa tatlong iba’t ibang tier, at lahat ng ito ay may limitasyon kung ang advanced AI chips tulad ng gawa ng Intel at Nvidia (NVDA ) ay maaaring ipadala sa bansa nang walang lisensya.

“Ang patakaran ng Biden sa AI ay labis na kumplikado, labis na burukratiko, at magpigil sa inobasyon ng Amerika. Papalitan namin ito ng isang mas simpleng patakaran na magpapalaya sa inobasyon ng Amerika at titiyak ng dominasyon ng AI ng Amerika.”

– Tagapagsalita ng Department of Commerce

Tungkol sa pinansyal ng Intel, ang Q1 ng 2025 ay nagpakita ng flat YoY growth habang ang revenue ay $12.7 bilyon at ang earnings (loss) per share (EPS) ay $(0.19) at non-GAAP EPS ay $0.13. Ito ay matapos mag-record ng $53.1 bilyon na revenue sa kabuuan ng 2024, na bumaba ng 2% YoY, habang ang EPS ay $(4.38) at non-GAAP EPS ay $(0.13).

Inaasahan na magpapatuloy ang pagbagal sa susunod na quarter, kung saan inaasahan ng Intel ang revenue sa pagitan ng $11.2 bilyon at $12.4 bilyon. Gayunpaman, inanunsyo ng kumpanya ang mga plano na bawasan ang gastusin sa darating na taon, unang ginagawa sa ilalim ng CEO Lip-Bu Tan. Ang operating expenses nito para sa 2025 ay inaasahang $17 bilyon, at para sa 2026 ay inaasahang $16 bilyon.

“Ang unang quarter ay isang hakbang sa tamang direksyon, ngunit walang mabilis na solusyon habang kami ay nagsusumikap na bumalik sa landas ng pagkuha ng market share at pagdadala ng sustainable growth,” sabi ni Tan, na nag-invest sa daan-daang Chinese tech firms. Sa ilalim niya, ang kumpanya ay “kumukuha ng mabilis na aksyon upang mapabuti ang execution at operational efficiency habang pinapahintulutan ang aming mga engineer na lumikha ng magagandang produkto.”

Kaya, malinaw na humaharap ang Intel sa isang hamon na panahon. Bukod sa bumababang revenue at hindi kasiya-siyang market performance, nawawalan ang kumpanya ng market share, at ang kanilang mga pamumuhunan sa foundry business ay hindi pa nagbubunga ng makabuluhang resulta. Nagkaroon din ng mga pagkabigo sa execution kapag inilunsad ang mga bagong produkto.

Ngunit ang agresibong restructuring sa ilalim ng bagong pamunuan, na maaaring magdulot ng mga layoff, spekulasyon tungkol sa spinoff o pagbebenta ng stake sa Foundry operation sa TSMC, at ang potensyal na maibalik ang liderato gamit ang Intel 18A, na nakaseguro na ng suporta mula sa Microsoft at tinitingnan din ng Nvidia at Google, ay makakatulong sa Intel na magkaroon ng makabuluhang comeback, bagaman ang execution ay magiging kritikal dito.

Pinakabagong Balita sa Intel Corporation

Konklusyon

Ang mga semiconductor ay pundasyon ng modernong electronics. At dahil sa pangangailangan para sa mas mura, mas mabilis, at mas maliit na mga aparato, ang inobasyon sa materyales ay naging mas mahalaga kaysa kailanman.

Sa kontekstong ito, ang breakthrough na nakamit ng pinakabagong pag-aaral ay nagpapakita ng malaking potensyal upang baguhin ang tradisyonal na teknolohiya ng thin-film transistor. Ang mga pag-unlad sa vapor-deposited Sn2+-halide perovskite TFTs ay nagpa-improve ng thermal stability at compatibility sa umiiral na OLED fabrication methods, na nagtatampok ng isang promising na hinaharap para sa integrasyon ng perovskite-based na mga semiconductor sa flexible at 3D electronics. 

Sa pamamagitan ng patuloy na mga inobasyong ito, tayo ay sumusulong patungo sa isang hinaharap na may napakakompaktong, energy-efficient, at flexible na mga smart device.

I-click dito para sa listahan ng mga nangungunang stock ng semiconductor equipment.

Mga Sanggunian na Pag-aaral:

1. Roth, A. N., Porter, A. P., Horger, S., Ochoa-Romero, K., Guirado, G., Rossini, A. J., & Vela, J. (2024). Mga semiconductor na walang lead: Pagbabago ng yugto at mas mataas na katatagan ng multinary tin chalcohalides. Chemistry of Materials, 36(9), 4542–4552. https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.4c00209

2. Abzieher, T., Muzzillo, C. P., Mirzokarimov, M., Lahti, G., Kau, W. F., Kroupa, D. M., Cira, S. G., Hillhouse, H. W., Kirmani, A. R., Schall, J., Kern, D., Luther, J. M., & Moore, D. T. (2024). Patuloy na flash sublimation ng inorganic halide perovskites: pagtagumpayan ang limitasyon sa bilis at patuloy na deposition ng vapor. Journal of Materials Chemistry A, 12, 8405–8419. https://doi.org/10.1039/D3TA05881F

3. Reo, Y., Zou, T., Choi, T., et al. (2025). Vapour-deposited na mataas na performance na tin perovskite transistors. Nature Electronics. https://doi.org/10.1038/s41928-025-01380-8