211service.com
Genomskinliga transistorer
Organiska lysdioder (OLED)-skärmar finns för närvarande på mobiltelefoner och digitalkameror. Men i framtiden förväntar sig tillverkarna större, böjbara och helt transparenta versioner. De föreställer sig ljusa kartor på visir och vindrutor, tv-skärmar inbyggda i glasögon och upprullade, genomskinliga datorskärmar. Och även om OLED:erna själva kan vara transparenta, för att göra en tydlig skärm, måste transistorerna som styr varje skärms OLED, eller pixel, också vara transparenta.
Genomskinliga transistorer: Uppsättningar av helt transparenta transistorer gjorda med indiumoxid-nanotrådar tillverkas på ett plastsubstrat (röda linjer markerar arrayregionerna). Transistorerna, gjorda av forskare vid Purdue University och Northwestern University, kan vara ett viktigt steg mot ljusa, flexibla och helt genomskinliga skärmar.
Forskare vid Purdue University och Northwestern University har nu gjort flexibla, genomskinliga transistorer med hjälp av nanotrådar av zinkoxid och indiumoxid. Däremot är de amorfa eller polykristallina kiseltransistorerna som används i befintliga displayer inte transparenta. De nya transistorerna presterar också bättre än sina motsvarigheter i kisel och är lättare att tillverka på flexibel plast.
Transistorerna kan leda till ljusare genomskinliga OLED-skärmar, säger Purdue el- och datorteknikprofessor David Janes , som ledde arbetet som publicerades i förra veckans Naturens nanoteknik . När konventionella icke-transparenta transistorkretsar placeras runt OLED:n tar den plats på skärmen som annars skulle kunna avge ljus. Men, säger Janes, du kan placera genomskinliga transistorer under eller ovanpå pixeln, vilket ökar det ljusemitterande området.
För att göra transistorerna deponerar Janes och hans kollegor först en indium-zinkoxid-gateelektrod på glas eller plast. Sedan lägger de en nanotrådslösning på ytan. Efter att ha hittat en nanotråd som är rätt inriktad, deponerar de käll- och dräneringselektroder gjorda av indiumtennoxid på vardera sidan av nanotråden. Både indiumzinkoxid och indiumtennoxid är transparenta material.
Nanotrådstransistorerna har hög elektronrörlighet, vilket avgör hur snabbt transistorn kan arbeta och hur mycket ström den kan bära. Faktum är att rörligheten är några hundra gånger bättre än vad den är för transistorer gjorda av amorft kisel, som används flitigt i elektroniken för bildskärmar. På grund av det kunde transistorerna göras mindre och snabbare, säger Janes. Mer kompakta transistorer, säger han, skulle innebära en ännu större pixelarea. Dessutom är nanotrådstransistorerna mycket lättare att tillverka på plast än kiseltransistorer eftersom de inte behöver bearbetas vid hög temperatur.
Forskargrupper har nyligen gjort transparenta transistorer med tunna filmer av zinkoxid eller indiumoxid, eller med kolnanorör. (Se Billiga, transparenta och flexibla skärmar.) Båda teknikerna möter unika problem. Medan kol-nanorörtransistorerna har mycket bättre elektronrörlighet och är starkare än de nya nanotrådstransistorerna, är de inte helt transparenta eftersom de behöver små metallkontakter för att ansluta nanorören till elektroderna. Tunnfilmstransistorer är å andra sidan lättare att tillverka på olika ytor men har mycket lägre rörlighet.
För de nya transistorerna är prestandan när det gäller mobilitet, flexibilitet och transparens mycket imponerande, säger John Wager , en professor i elektroteknik och datavetenskap som arbetar inom området transparent elektronik vid Oregon State University. Nu är den största återstående frågan, säger han,: Kan allt detta översättas till verklig tillverkningsbarhet?
Just nu finns det ingen metod för att styra var nanotrådar avsätts på en yta eller hur de ställer upp. I experimentella demonstrationer kastar du ner ett par tusen nanorör och hoppas att ett av dem riktar sig i den riktning du vill, säger Wager. Men att slumpmässigt deponera nanotrådar på en yta fungerar inte om man ska tillverka transistorer för stora skärmar.
Faktum är att, säger Janes, du måste ha något sätt att placera önskat antal nanotrådar på den plats du vill ha. Vid det här laget har alla tre teknologierna för att göra transparenta transistorer – nanotrådar, tunna filmer och kolnanorör – en rättvis chans att ersätta kiseltransistorteknologi för framtida transparenta, flexibla skärmar, säger Janes.
Enligt John Rogers , professor i materialvetenskap och teknik vid University of Illinois i Urbana Champaign, kommer den ultimata kommersiella framgången för en av de tre teknologierna att bero på hur de mäter sig med många olika faktorer: transparens, elektrisk prestanda, flexibilitet och lättheten och kostnaden för att tillverka dem. Det blir ett bra hästkapplöpning för att se vilket tillvägagångssätt som vinner, säger Rogers.