Németországi kutatók megalkották az első bipoláris tranzisztort, amely szerves félvezetőből készült. Az új tranzisztor kiemelkedő teljesítménnyel, függőleges architektúrával és nagy differenciálerősítéssel büszkélkedhet, és a nagy teljesítményű vékonyfilmes és rugalmas elektronikában is alkalmazható, ahol az adatokat nagy sebességgel kell elemezni és továbbítani.
A tranzisztorokat a modern elektronikában használják kapcsolóként a töltéshordozók – elektronok vagy lyukak – áramkörön keresztüli áramlásának szabályozására. A bipoláris tranzisztorok különlegesek, mert elektronokat és lyukakat egyaránt felhasználnak, és ez az extra képesség azt jelenti, hogy jól alkalmazhatók nagy sebességű és nagy teljesítményű alkalmazásokhoz. A szervetlen félvezetők helyett szerves félvezetőkből való megépítése lehetőséget adna az elektronikai tervezőknek arra, hogy az ilyen nagy sebességű és nagy teljesítményű eszközöket rugalmassá és átláthatóvá tegyék.
Egy csapat vezette Karl Leo of TU Drezda most tett egy lépést e cél felé azáltal, hogy egy szerves bipoláris átmenet tranzisztort épített egy szerves félvezető, a rubrén erősen rendezett (kristályos) vékony filmjéből. Ennek az anyagnak nagy a töltési mobilitása, ami azt jelenti, hogy a töltéshordozók rendkívül gyorsan és nagy távolságokra haladnak át rajta.
Rétegről rétegre
A bipoláris átmenetes tranzisztorok három, p- vagy n-típusú félvezető anyagokkal elválasztott terminálból állnak. Az eszközökben ezek a félvezetők felváltva vannak elrendezve, akár pnp, akár npn konfigurációban.
Leo csoportja korábban p- és n-típusú rubren filmeket is készített, de a legújabb munkában megtették azt a további lépést, hogy ezeket a fóliákat egy nagyon vékony, körülbelül 20 nm vastag, kristályos rubrenrétegre tervezték. A filmek azután magként hatnak a következő p- és n-rétegekre, valamint az i-típusú rétegekre – vagyis nem n- vagy p-esek, így nem hordoznak sem negatív, sem pozitív töltéshordozókat. „Bár korábban is készültek ilyen filmek, mi vagyunk az elsők, akik elektromosan adalékolják őket, és összetett eszközkészleteket valósítunk meg” – magyarázza Leo.
Eszköz jellemzése
A kutatók becslése szerint új eszközük átmeneti frekvenciája – lényegében a sebességének mértéke – 1.6 GHz. Ez jóval magasabb, mint az organikus térhatású tranzisztorok (OFET) rekordja, amely függőlegesen konfigurált eszközöknél 40 MHz, vízszintesen konfiguráltnál 160 Hz. Leo azonban megjegyzi, hogy az eszköz feszültségenkénti sebessége sokkal relevánsabb mértéke a teljesítményének. „Itt az új, körülbelül 400 MHz-es készülék majdnem százszor gyorsabb, mint a korábbi szerves tranzisztorok” – mondja.
Az organikus tranzisztorok új magasságokat értek el
Mi több – meséli Leo Fizika Világa hogy a csapat új tranzisztorai segítségével meg lehet határozni a szerves anyagok fontos eszközparaméterét: a kisebbségi hordozó diffúziós hosszát. Ez a paraméter, amely kulcsfontosságú az eszköz hatékonyságának optimalizálásához, az a távolság, amelyet a kisebbségi hordozó (elektronok a p-típusú félvezetőkben; lyukak az n-típusú félvezetőkben) megtehet, mielőtt rekombinálódik egy ellentétes töltésű hordozóval. A szilíciumban ez a mennyiség sok mikron hosszúságú lehet. A szerves anyagok értéke sokkal kisebbre számított, de ebben az anyagosztályban ez alapvetően ismeretlen volt, mondja Leo.
Az ebben a munkában alkalmazott erősen rendezett rétegekben a TU Dresden csapata megállapította, hogy a kisebbségi vivő diffúziós hossza 50 nm, ami elég hosszú ahhoz, hogy a tranzisztorok jól működjenek. Leo azonban hangsúlyozza, hogy további vizsgálatokra van szükség annak meghatározásához, hogy az anyag mely paraméterei szabályozzák ezt a mennyiséget, és hogyan optimalizálható.
A kutatók szerint az új tranzisztor olyan alkalmazásokban használható, mint a jelfeldolgozás és a vezeték nélküli átvitel, ahol az adatokat nagy sebességgel kell elemezni és továbbítani. Most azon dolgoznak, hogy csökkentsék a készülék szivárgó áramát, ami lehetővé tenné a működési sebesség közvetlen mérését. „Szeretnénk általánosítani a magasan rendezett rétegtechnika alkalmazását más eszközökre is” – árulja el Leo.
A csapat ismerteti a munkát Természet.
