ترانزیستورهای دوقطبی آلی می شوند

محققان آلمانی اولین ترانزیستور دوقطبی ساخته شده از یک نیمه هادی آلی را ساخته اند. ترانزیستور جدید دارای عملکرد فوق العاده، معماری عمودی و تقویت دیفرانسیل بالا است و می تواند کاربردهایی در لایه نازک و الکترونیک انعطاف پذیر با کارایی بالا پیدا کند که در آن داده ها باید با سرعت بالا تجزیه و تحلیل و ارسال شوند.

ترانزیستورها در سراسر الکترونیک مدرن به عنوان سوئیچ برای کنترل جریان حامل های بار - الکترون ها یا سوراخ ها - از طریق یک مدار استفاده می شوند. ترانزیستورهای دوقطبی خاص هستند زیرا هم از الکترون ها و هم از حفره ها استفاده می کنند و این قابلیت اضافی به این معنی است که آنها برای کاربردهای پرسرعت و توان بسیار مناسب هستند. ساختن آنها از نیمه هادی های آلی، به جای نیمه هادی های معدنی، می تواند به طراحان الکترونیک این امکان را بدهد که چنین دستگاه های پرسرعت و توان بالایی را انعطاف پذیر و شفاف کنند.

تیمی به رهبری کارل لئو of TU درسدن اکنون با ساختن یک ترانزیستور پیوندی دوقطبی آلی از لایه‌های نازک (کریستالی) بسیار منظم یک نیمه‌رسانای آلی به نام روبرن، گامی در جهت این هدف برداشته است. این ماده دارای تحرک شارژ بالایی است، به این معنی که حامل های شارژ از طریق آن بسیار سریع و در فواصل طولانی حرکت می کنند.

لایه به لایه

ترانزیستورهای پیوند دوقطبی از سه پایانه تشکیل شده اند که توسط مواد نیمه رسانا از نوع p یا n جدا شده اند. در دستگاه ها، این نیمه هادی ها به طور متناوب، در یک پیکربندی pnp یا یک npn مرتب شده اند.

گروه لئو قبلاً فیلم‌های روبرن از نوع p و n ساخته بودند، اما در آخرین کار، آنها گام دیگری را برای مهندسی این فیلم‌ها بر روی یک لایه روبرن کریستالی بسیار نازک با ضخامت حدود 20 نانومتر برداشتند. این فیلم‌ها سپس برای لایه‌های p و n بعدی و همچنین لایه‌هایی که از نوع i هستند به‌عنوان یک دانه عمل می‌کنند - یعنی نه n- یا p- هستند و بنابراین نه حامل بار منفی و نه مثبت هستند. لئو توضیح می‌دهد: «در حالی که چنین فیلم‌هایی قبلاً ساخته شده بودند، ما اولین کسانی هستیم که آنها را به صورت الکتریکی دوپ می‌کنیم و به پشته‌های دستگاه‌های پیچیده پی می‌بریم.

مشخصات دستگاه

محققان تخمین می زنند که فرکانس انتقال دستگاه جدید آنها - اساساً معیاری برای سرعت آن - 1.6 گیگاهرتز است. این بسیار بالاتر از رکورد ترانزیستورهای اثر میدان ارگانیک (OFET) است که برای دستگاهی با پیکربندی عمودی 40 مگاهرتز و برای دستگاهی با پیکربندی افقی 160 هرتز است. با این حال، لئو خاطرنشان می کند که سرعت دستگاه در هر ولتاژ معیار مناسب تری برای عملکرد آن است. او می‌گوید: «در اینجا، دستگاه جدید با حدود 400 مگاهرتز/ولت تقریباً صد برابر سریع‌تر از ترانزیستورهای آلی قبلی است.

چه چیزی بیشتر، لئو می گوید دنیای فیزیک ترانزیستورهای جدید تیم را می توان برای تعیین یک پارامتر مهم دستگاه برای مواد آلی استفاده کرد: طول انتشار حامل اقلیت. این پارامتر، که کلیدی برای بهینه‌سازی کارایی دستگاه است، فاصله‌ای است که حامل اقلیتی (الکترون‌ها در نیمه‌هادی‌های نوع p؛ سوراخ‌هایی در نیمه‌هادی‌های نوع n) می‌تواند پیش از ترکیب مجدد با یک حامل بار مخالف طی کند. در سیلیکون، این مقدار می تواند چندین میکرون طول داشته باشد. لیو می گوید که ارزش مواد آلی بسیار کمتر بود، اما در این دسته از مواد اساساً ناشناخته بود.

در لایه‌های بسیار مرتبی که در این کار استفاده شده است، تیم TU Dresden تعیین کرد که طول انتشار حامل اقلیت 50 نانومتر است، به اندازه‌ای طولانی است که ترانزیستورها به خوبی کار کنند. با این حال، لئو تاکید می‌کند که هنوز مطالعات بیشتری برای تعیین اینکه کدام پارامتر از مواد این کمیت را کنترل می‌کند و چگونه می‌توان آن را بهینه کرد، مورد نیاز است.

به گفته محققان، ترانزیستور جدید می تواند در کاربردهایی مانند پردازش سیگنال و انتقال بی سیم مورد استفاده قرار گیرد که در آن داده ها باید با سرعت بالا تجزیه و تحلیل و ارسال شوند. آنها اکنون در حال کار برای کاهش جریان نشتی در دستگاه هستند که به آنها امکان می دهد سرعت عملکرد آن را مستقیماً اندازه گیری کنند. لئو می‌گوید: «ما همچنین می‌خواهیم کاربرد تکنیک لایه‌های بسیار مرتب را به دستگاه‌های دیگر تعمیم دهیم.

تیم کار را در طبیعت.