211service.com
Snabbare utskrivbara kretsar
Organiska kretsar är billiga, flexibla och utskrivbara. Men till skillnad från oorganiska kretsar, som bara kräver kisel, är högpresterande organiska kretsar vanligtvis gjorda av två olika material som måste mönstras noggrant. Nu har forskare gjort en polymer som utför båda materialens funktion. Genom att eliminera behovet av två material har de gjort dessa kretsar lättare att tillverka. Forskarna har använt den nya polymeren för att göra några av de snabbaste organiska kretsarna som hittills rapporterats, och processen kan också vara användbar för solceller.
Snabb krets: En krets gjord av en ny halvledande polymer genomgår tester i labbet.
För att utföra de logiska operationerna som driver datorer, mobiltelefoner och annan elektronik utan att förbruka för mycket ström, behöver transistorer ha alternerande regioner som leder negativa och positiva laddningar. Men fram till nyligen hade kemister bara gjort polymerer som ledde antingen positiva eller negativa laddningar. För att göra kretsar av dem måste dessa polymerer noggrant anpassas till varandra. När du har två material som kräver komplexa mönstringsprocesser, förlorar eller minskar du kostnadsfördelen och enkelheten med organisk elektronik, säger Samson Jenekhe , professor i kemi vid University of Washington i Seattle.
Det ultimata [målet] är att ha ett material som kan transportera elektroner och hål, eller positiva laddningar, säger Jenekhe. Han och andra har arbetat med att tillverka ett sådant material, som kallas en ambipolär polymer, i några år. Tidigare var det till stor del trial and error, säger Jenekhe. Nu han och Mark Watson , docent i kemi vid University of Kentucky i Lexington, har bestämt vilken typ av strukturer som fungerar bra i sådana polymerer. Det nya materialet och dess prestanda beskrivs i tidskriften Avancerade material .
Den nya polymeren är uppbyggd av två alternerande enheter, en som leder elektroner och en annan som leder hål. Det är inte den första polymeren som kan göra detta. Men elektroner och hål rör sig mycket snabbare genom det nya materialet än genom de som har gjorts tidigare. Detta är viktigt, eftersom hastigheten med vilken laddningar rör sig genom en halvledare bestämmer kretshastigheten.
Jenekhes grupp använde polymererna för att göra individuella transistorer och kretsar. De lade polymeren i en lösning, tappade den på ett substrat mönstrat med elektriska kontakter och snurrade sedan ut den till en tunn film med en process som kallas spinnbeläggning. Jenekhe säger att eftersom polymeren är vattenlöslig kan bläckstrålar också användas för att skriva ut kretsar. Prestandan hos de ambipolära polymerkretsarna var jämförbara med eller bättre än de som tillverkades av två polymerer.
En av enheterna som Jenekhes grupp tillverkade kallas en inverter. Växelriktare är de grundläggande byggstenarna i integrerade kretsar, säger Zhenan Bao , docent i kemiteknik vid Stanford University, som inte var involverad i forskningen. Andra grupper har visat växelriktare med ambipolära polymerer, men Jenekhes polymer kan fungera mycket snabbare än de andra, säger Bao.
De nya polymererna kan också fungera bra i solceller, säger Jenekhe. För att effektivt omvandla ljus till elektricitet kräver organiska celler för närvarande två noggrant sammanlagda polymerer. Om strukturen hos de två polymererna i dessa enheter inte är helt rätt, kommer elektroner inte att flöda. Den nya polymeren skulle kunna eliminera det problemet.
Nästa steg, säger Jenekhe, är att göra nya versioner av polymeren som är mer ledande än den nuvarande iterationen och att testa dem i mer komplexa kretsar.