חוקרים בגרמניה יצרו את הטרנזיסטור הדו-קוטבי הראשון אי פעם העשוי ממוליכים למחצה אורגני. הטרנזיסטור החדש מתהדר בביצועים יוצאי דופן, בארכיטקטורה אנכית ובהגברה דיפרנציאלית גבוהה, ויכול למצוא יישומים ב-film דק בעל ביצועים גבוהים ואלקטרוניקה גמישה שבהם יש לנתח ולהעביר נתונים במהירויות גבוהות.
טרנזיסטורים משמשים בכל רחבי האלקטרוניקה המודרנית כמתגים לשליטה בזרימת נושאי המטען - אלקטרונים או חורים - דרך מעגל. טרנזיסטורים דו-קוטביים הם מיוחדים מכיוון שהם עושים שימוש באלקטרונים ובחורים, ויכולת נוספת זו פירושה שהם מתאימים היטב ליישומים מהירים והספק גבוה. בנייתם ממוליכים למחצה אורגניים, ולא ממוליכים אורגניים, יכולה לתת למעצבי אלקטרוניקה את המרחב להפוך מכשירים מהירים ובעלי הספק גבוה כאלה לגמישים ושקופים.
צוות בראשות קארל ליאו of טו דרזדן עשתה כעת צעד לעבר מטרה זו על ידי בניית טרנזיסטור צומת דו-קוטבי אורגני מסרטים דקים מסודרים (גבישיים) של מוליך למחצה אורגני הנקרא רוברן. לחומר זה ניידות מטען גבוהה, כלומר נושאי מטען נעים דרכו מהר במיוחד ולמרחקים ארוכים.
שכבה אחרי שכבה
טרנזיסטורי צומת דו-קוטביים מורכבים משלושה מסופים המופרדים על ידי חומרים מוליכים למחצה שהם מסוג p או n. במכשירים, מוליכים למחצה אלו מסודרים לסירוגין, בתצורת pnp או npn.
הקבוצה של ליאו יצרה בעבר סרטי רוברן מסוג p ו-n, אך בעבודה האחרונה הם עשו את הצעד הנוסף של הנדסת סרטים אלו על שכבת רוברן גבישית דקה מאוד בעובי של כ-20 ננומטר. הסרטים פועלים אז כזרע עבור שכבות p-ו-n- עוקבות, כמו גם שכבות שהן מסוג i - כלומר, הן אינן n- או p- ולכן אינן נושאות נשאות מטען שליליות או חיוביות. "בעוד שסרטים כאלה נוצרו בעבר, אנחנו הראשונים לסמם אותם חשמלית ולהבין ערימות מכשירים מורכבים", מסביר ליאו.
אפיון המכשיר
החוקרים מעריכים שתדר המעבר של המכשיר החדש שלהם - בעצם, מדד למהירות שלו - הוא 1.6 גיגה-הרץ. זה הרבה יותר גבוה מהשיא של טרנזיסטורי אפקט שדה אורגניים (OFETs), שהוא 40 מגה-הרץ עבור מכשיר בעל תצורה אנכית ו-160 הרץ עבור מכשיר בעל תצורה אופקית. עם זאת, ליאו מציין שמהירות המכשיר למתח היא מדד רלוונטי יותר לביצועים שלו. "כאן, המכשיר החדש עם כ-400MHz/V מהיר כמעט פי מאה מהטרנזיסטורים האורגניים הקודמים", הוא אומר.
טרנזיסטורים אורגניים מגיעים לשיאים חדשים
מה שכן, אומר ליאו עולם הפיזיקה שניתן להשתמש בטרנזיסטורים החדשים של הצוות לקביעת פרמטר מכשיר חשוב עבור חומרים אורגניים: אורך דיפוזיה של נושא המיעוט. פרמטר זה, שהוא המפתח למיטוב יעילות ההתקן, הוא המרחק שנשא המיעוט (אלקטרונים במוליכים למחצה מסוג p; חורים במוליכים למחצה מסוג n) יכול לעבור לפני שהוא מתחבר מחדש עם נושא בעל מטען הפוך. בסיליקון, כמות זו יכולה להיות באורך של מיקרונים רבים. הערך של חומרים אורגניים היה צפוי להיות קטן בהרבה, אבל בסוג זה של חומרים זה היה בעצם לא ידוע, אומר ליאו.
בשכבות המסודרות ביותר שהופעלו בעבודה זו, צוות TU דרזדן קבע שאורך הדיפוזיה של נושאי המיעוט היה 50 ננומטר, ארוך מספיק כדי לגרום לטרנזיסטורים לעבוד היטב. עם זאת, ליאו מדגיש שעדיין יש צורך במחקרים נוספים כדי לקבוע אילו פרמטרים של החומר שולטים בכמות זו וכיצד ניתן לייעל אותה.
לדברי החוקרים, הטרנזיסטור החדש יכול לשמש ביישומים כמו עיבוד אותות ושידור אלחוטי שבהם יש לנתח נתונים ולשדר אותם במהירות גבוהה. כעת הם פועלים לצמצום זרם הדליפה במכשיר, מה שיאפשר להם למדוד את מהירות הפעולה שלו ישירות. "אנחנו גם רוצים להכליל את היישום של טכניקת השכבות המסודרת ביותר למכשירים אחרים", מגלה ליאו.
הצוות מתאר את העבודה ב טבע.
