الترانزستورات ثنائية القطب تصبح عضوية

ابتكر باحثون في ألمانيا أول ترانزستور ثنائي القطب مصنوع من أشباه الموصلات العضوية. يتميز الترانزستور الجديد بالأداء المتميز ، والهندسة العمودية ، والتضخيم التفاضلي العالي ، ويمكن أن يجد تطبيقات في الأغشية الرقيقة عالية الأداء والإلكترونيات المرنة حيث يجب تحليل البيانات ونقلها بسرعات عالية.

تُستخدم الترانزستورات في جميع الأجهزة الإلكترونية الحديثة كمفاتيح للتحكم في تدفق حاملات الشحنة - الإلكترونات أو الثقوب - عبر الدائرة. تعتبر الترانزستورات ثنائية القطب خاصة لأنها تستخدم كل من الإلكترونات والثقوب ، وهذه القدرة الإضافية تعني أنها مناسبة تمامًا للتطبيقات عالية السرعة وعالية الطاقة. يمكن أن يمنح بناؤها من أشباه الموصلات العضوية ، بدلاً من غير العضوية ، مصممي الإلكترونيات المجال لجعل هذه الأجهزة عالية السرعة وعالية الطاقة مرنة وشفافة.

فريق بقيادة كارل ليو of TU درسدن لقد اتخذت الآن خطوة نحو هذا الهدف من خلال بناء ترانزستور تقاطع عضوي ثنائي القطب من أغشية رقيقة (بلورية) عالية الترتيب من أشباه الموصلات العضوية تسمى روبرين. تتمتع هذه المادة بقدرة عالية على الحركة ، مما يعني أن حاملات الشحنات تتحرك خلالها بسرعة كبيرة وعلى مسافات طويلة.

طبقة تلو طبقة

تتكون ترانزستورات الوصلة ثنائية القطب من ثلاثة أطراف مفصولة بمواد شبه موصلة إما من النوع p أو n. في الأجهزة ، يتم ترتيب أشباه الموصلات بالتناوب ، إما في تكوين pnp أو npn.

كانت مجموعة Leo قد صنعت سابقًا كلًا من أغشية الروبرين من النوع p و n ، ولكن في العمل الأخير ، اتخذوا خطوة إضافية في هندسة هذه الأفلام على طبقة رقيقة جدًا من الياقوت البلوري يبلغ سمكها حوالي 20 نانومتر. تعمل الأفلام بعد ذلك كبذرة للطبقات p و n اللاحقة بالإضافة إلى الطبقات التي هي من النوع i - أي أنها ليست n أو p - وبالتالي فهي لا تحمل شحنة سالبة أو موجبة. يشرح ليو قائلاً: "على الرغم من أن مثل هذه الأفلام قد تم تصنيعها من قبل ، إلا أننا أول من قام بتخميرها كهربائيًا وتحقيق مكدسات معقدة من الأجهزة".

توصيف الجهاز

يقدر الباحثون أن تردد الانتقال لجهازهم الجديد - مقياس سرعته بشكل أساسي - هو 1.6 جيجاهرتز. هذا أعلى بكثير من سجل ترانزستورات تأثير المجال العضوي (OFETs) ، والذي يبلغ 40 ميجاهرتز لجهاز تم تكوينه رأسياً و 160 هرتز لجهاز تم تكوينه أفقيًا. ومع ذلك ، يلاحظ Leo أن سرعة الجهاز لكل جهد هو مقياس أكثر ملاءمة لأدائه. "هنا ، الجهاز الجديد بحوالي 400 ميجاهرتز / فولت أسرع بنحو مائة مرة من الترانزستورات العضوية السابقة ،" كما يقول.

ما هو أكثر من ذلك ، كما يقول ليو عالم الفيزياء أنه يمكن استخدام الترانزستورات الجديدة للفريق لتحديد معلمة جهاز مهمة للمواد العضوية: طول انتشار الناقل الأقلية. هذه المعلمة ، التي تعد مفتاحًا لتحسين كفاءة الجهاز ، هي المسافة التي يمكن أن يسافر بها حامل الأقلية (الإلكترونات في أشباه الموصلات من النوع p ؛ الثقوب في أشباه الموصلات من النوع n) قبل أن يتحد مع حامل الشحنة المعاكسة. في السيليكون ، يمكن أن يصل طول هذه الكمية إلى عدة ميكرونات. كان من المتوقع أن تكون قيمة المواد العضوية أصغر بكثير ، ولكن في هذه الفئة من المواد لم تكن معروفة بشكل أساسي ، كما يقول ليو.

في الطبقات عالية الترتيب المستخدمة في هذا العمل ، قرر فريق TU Dresden أن طول انتشار حامل الأقلية كان 50 نانومتر ، وهو طويل بما يكفي لجعل الترانزستورات تعمل بشكل جيد. ومع ذلك ، يؤكد Leo أنه لا تزال هناك حاجة إلى مزيد من الدراسات لتحديد معلمات المادة التي تتحكم في هذه الكمية وكيف يمكن تحسينها.

وفقًا للباحثين ، يمكن استخدام الترانزستور الجديد في تطبيقات مثل معالجة الإشارات والنقل اللاسلكي حيث يجب تحليل البيانات ونقلها بسرعة عالية. إنهم يعملون الآن على تقليل تيار التسرب في الجهاز ، مما يسمح لهم بقياس سرعة تشغيله بشكل مباشر. يكشف ليو: "نرغب أيضًا في تعميم تطبيق تقنية الطبقة عالية الترتيب على الأجهزة الأخرى".

يصف الفريق العمل في الطبيعة.