Samoorganizujące się obwody organiczne

Naukowcy znaleźli prosty sposób na wytwarzanie wysokowydajnych obwodów elektronicznych z półprzewodników organicznych. Zaliczka zgłoszona w tym tygodniu Natura , przybliża nas o krok do taniej, giętkiej elektroniki z tworzywa sztucznego.

Własny obwód: Ten układ logiczny zawiera ponad 300 organicznych tranzystorów wykonanych przy użyciu nowej sztuczki do samodzielnego montażu. Warstwa półprzewodnikowa w każdym urządzeniu jest utworzona z cząsteczek, które układają się na powierzchni obwodu.

Zespół badawczy kierowany przez Lew Dago w Philips Research Laboratories w Eindhoven w Holandii opracowano molekuły półprzewodnikowe, które automatycznie układają się na powierzchni w warstwie o grubości zaledwie kilku nanometrów. Te samoorganizujące się molekuły mogą znacznie ułatwić wytwarzanie tranzystorów organicznych, podstawowych elementów składowych elektroniki z tworzywa sztucznego. W eksperymentach naukowcy wykorzystali tę technikę do wykonania setek tranzystorów i ułożyli je w złożone obwody.

W przeszłości inni stosowali podobne sztuczki do samodzielnego montażu, aby wykonać tranzystory organiczne, ale nowa metoda jest znacznie prostsza. Co więcej, do tej pory naukowcy nie byli w stanie dokładnie i wiarygodnie odtworzyć samodzielnie składanych urządzeń. Potrzebny jest każdy tranzystor, aby działał, aby obwód działał, mówi Jan Kymissis , profesor elektrotechniki na Uniwersytecie Columbia. Tutaj są setki tranzystorów, z których wszystkie działają. Wydajność jest bardzo dobra w przypadku skomplikowanych obwodów.

Półprzewodniki organiczne są tańsze i bardziej elastyczne niż krzem. Dzisiejsze płaskie wyświetlacze wykorzystują tranzystory wykonane ze sztywnego amorficznego krzemu do włączania i wyłączania pikseli. I odwrotnie, tranzystory wykonane z tworzyw sztucznych mogą prowadzić do dużych, tanich, giętkich wyświetlaczy i szeregu innych niedrogich urządzeń, takich jak tagi RFID. Jednak koszt i praktyczność wytwarzania organicznych obwodów elektronicznych jest wyzwaniem.

Wielu badaczy uważa, że ​​samoorganizacja – technika polegająca na molekułach układających się w złożone struktury – może być najbardziej praktycznym sposobem wytwarzania taniej elektroniki z tworzywa sztucznego. Metody stosowane obecnie do wytwarzania obwodów organicznych obejmują trawienie litograficzne i druk atramentowy. Samoorganizacja eliminuje potrzebę stopniowego modelowania warstwy półprzewodnika i nie marnuje półprzewodnika przez jego wytrawienie.

Ostatecznym celem samoorganizujących się obwodów jest możliwość wrzucenia molekuł do zlewki i umożliwienia im organizowania się w pożądane struktury, mówi Edsger Smits, naukowiec z Philips Research Laboratories, który był zaangażowany w prace. Wyciąganie obwodów ze zlewki jest jeszcze daleko, ale obecna praca jest krokiem w kierunku tego celu. Naukowcy osadzili elektrody źródła złota i elektrody drenu z izolatorem z dwutlenku krzemu pomiędzy tradycyjnym litografią a wytrawianiem powierzchni. Następnie zanurzyli ten obwód tranzystorowy w roztworze zawierającym półprzewodnik organiczny.

Cząsteczki półprzewodnika ułożyły się w gęsto upakowaną pojedynczą warstwę o grubości około trzech nanometrów na górze izolatora z dwutlenku krzemu między źródłem a drenem. Cząsteczki przyczepiają się tak długo, jak istnieje otwarta przestrzeń, więc naprawdę istnieje warstwa monomolekularna, mówi współautor artykułu Stephan Kirchmeyer, wiceprezes H.C. Starck , firma chemiczna z siedzibą w Leverkusen w Niemczech, która zaprojektowała i wyprodukowała cząsteczki.

W poprzednich pracach innych grup obwody były najpierw zanurzane w substancji chemicznej kotwiczącej, a następnie powlekane roztworem półprzewodnika, co powodowało, że półprzewodnik przyczepiał się do cząsteczek kotwiczących. W nowych cząsteczkach kotwica i półprzewodnik są już połączone. To staje się jednoetapowym procesem produkcyjnym, mówi Aby skontaktować się z Yang , profesor materiałoznawstwa i inżynierii na Uniwersytecie Kalifornijskim w Los Angeles. [To] mądre podejście.

Wytworzenie dobrze uporządkowanej warstwy półprzewodnikowej tworzy urządzenie o wysokiej wydajności. Poprawia ruchliwość elektronów tranzystora, co z kolei określa, ile prądu może on przenosić i jak szybko może się włączać i wyłączać. Smits mówi, że parametry urządzeń [są] porównywalne z masowymi tranzystorami opartymi na podobnych materiałach.

Naukowcy w końcu połączyli swoje tranzystory w działające obwody. W ich Natura na papierze, demonstrują kilka ważnych elementów logicznych, takich jak falowniki i oscylatory pierścieniowe. Demonstrują również skomplikowany obwód zwany generatorem kodu, wykorzystujący 300 tranzystorów.

Kymissis przyznaje, że wcześniej robiono szybsze, lepsze obwody metodą samodzielnego montażu. Twierdzi jednak, że prostota metody jednoetapowego montażu i zdolność tych tranzystorów do działania w tak złożonych obwodach to ogromny postęp.

ukryć