211service.com
Självmonterade organiska kretsar
Forskare har hittat ett enkelt sätt att göra högpresterande elektroniska kretsar av organiska halvledare. Förskottet, rapporterat i veckans Natur , tar oss ett steg närmare billig, böjbar plastelektronik.
Självgjord krets: Denna logiska krets har mer än 300 organiska transistorer gjorda med ett nytt självmonteringstrick. Det halvledande lagret i varje enhet är bildat av molekyler som ordnar sig på kretsens yta.
En forskargrupp ledd av Lejonet Dago vid Philips Research Laboratories, i Eindhoven, Nederländerna, utvecklade halvledarmolekyler som automatiskt ordnar sig på en yta i ett lager bara några nanometer tjockt. Dessa självmonterande molekyler kan göra det mycket lättare att tillverka organiska transistorer, de väsentliga byggstenarna i plastelektronik. I experiment använde forskarna tekniken för att göra hundratals transistorer och arrangerade dem i komplexa kretsar.
Tidigare har andra använt liknande självmonterande knep för att göra organiska transistorer, men den nya metoden är mycket enklare. Dessutom har forskare inte lyckats exakt och tillförlitligt replikera självmonterade enheter förrän nu. Du behöver varje transistor för att fungera för att kretsen ska fungera, säger John Kymissis , en elektroteknikprofessor vid Columbia University. Här finns hundratals transistorer som alla fungerar. Utbytet är extremt bra för komplicerade kretsar.
Organiska halvledare är billigare och mer flexibla än kisel. Dagens platta skärmar använder transistorer gjorda av styvt amorft kisel för att slå på och av pixlar. Omvänt kan transistorer gjorda av plast leda till stora, billiga, böjbara skärmar och en rad andra billiga enheter, såsom RFID-taggar. Men kostnaden och det praktiska för att tillverka organiska elektroniska kretsar är en utmaning.
Många forskare tror att självmontering – en teknik som bygger på att molekyler ordnar sig i komplexa strukturer – kan vara det mest praktiska sättet att producera billig plastelektronik. De metoder som för närvarande används för att tillverka organiska kretsar inkluderar litografisk etsning och bläckstråletryck. Självmontering eliminerar behovet av att progressivt mönstra halvledarskiktet och slösar inte bort halvledaren genom att etsa bort den.
Det yttersta målet för självmonterade kretsar är att kunna kasta molekyler i en bägare och låta dem organisera sig i önskade strukturer, säger Edsger Smits, forskare vid Philips Research Laboratories, som var involverad i arbetet. Att dra kretsar ur en bägare är fortfarande en bit bort, men det nuvarande arbetet är ett steg mot det målet. Forskarna deponerade guldkäll- och dräneringselektroder med en kiseldioxidisolator emellan med traditionell litografi och ytetsning. Sedan doppade de denna transistorkrets i en lösning innehållande den organiska halvledaren.
Halvledarmolekylerna arrangerade sig själva i ett tätt packat enkelskikt cirka tre nanometer tjockt ovanpå kiseldioxidisolatorn mellan källan och avloppet. Molekylerna fäster så länge det finns ett öppet utrymme, så det finns verkligen ett monomolekylskikt, säger pappersmedförfattaren Stephan Kirchmeyer, som är vicepresident för H.C. Starck , kemiföretaget baserat i Leverkusen, Tyskland, som designade och producerade molekylerna.
I tidigare arbete av andra grupper doppades kretsar först i en ankarkemikalie och belades sedan med en halvledarlösning, vilket fick halvledaren att fästa vid ankarmolekylerna. I de nya molekylerna är ankaret och halvledaren redan ihoptränade. Detta blir en tillverkningsprocess i ett steg, säger För att kontakta Yang , en materialvetenskap och ingenjörsprofessor vid University of California, Los Angeles. [Det är] ett smart tillvägagångssätt.
Att producera ett välordnat halvledarskikt skapar en högpresterande enhet. Det förbättrar en transistors elektronrörlighet, vilket i sin tur avgör hur mycket ström den kan bära och hur snabbt den kan slås på och av. Prestanda för enheterna [är] jämförbara med bulktransistorer baserade på liknande material, säger Smits.
Forskarna kombinerade slutligen sina transistorer till fungerande kretsar. I deras Natur papper visar de flera viktiga logiska komponenter som växelriktare och ringoscillatorer. De visar också en komplicerad krets som kallas en kodgenerator, som använder 300 transistorer.
Kymissis medger att snabbare, bättre kretsar tidigare har gjorts med självmontering. Men han säger att enkelheten i enstegsmonteringsmetoden och förmågan hos dessa transistorer att fungera i så komplexa kretsar är ett fantastiskt framsteg.