นักวิจัยในเยอรมนีได้สร้างทรานซิสเตอร์สองขั้วขึ้นเป็นครั้งแรกจากสารกึ่งตัวนำอินทรีย์ ทรานซิสเตอร์ใหม่มีประสิทธิภาพที่โดดเด่น สถาปัตยกรรมแนวตั้งและการขยายสัญญาณที่มีความต่างสูง และสามารถค้นหาการใช้งานในฟิล์มบางประสิทธิภาพสูงและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีความยืดหยุ่น ซึ่งข้อมูลจะต้องได้รับการวิเคราะห์และส่งข้อมูลด้วยความเร็วสูง
ทรานซิสเตอร์ใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่เป็นสวิตช์เพื่อควบคุมการไหลของตัวพาประจุ - อิเล็กตรอนหรือรู - ผ่านวงจร ทรานซิสเตอร์สองขั้วมีความพิเศษเนื่องจากใช้ทั้งอิเล็กตรอนและรู และความสามารถพิเศษนี้หมายความว่าเหมาะสำหรับการใช้งานความเร็วสูงและกำลังสูง การสร้างจากเซมิคอนดักเตอร์อินทรีย์แทนที่จะเป็นสารอนินทรีย์อาจทำให้นักออกแบบอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์มีขอบเขตในการทำให้อุปกรณ์ความเร็วสูงและกำลังสูงดังกล่าวมีความยืดหยุ่นและโปร่งใส
นำทีมโดย คาร์ล ลีโอ of TU Dresden ได้ก้าวไปสู่เป้าหมายนี้โดยการสร้างทรานซิสเตอร์แบบแยกขั้วแบบอินทรีย์จากฟิล์มบาง (ผลึก) ที่ได้รับคำสั่งสูงของสารกึ่งตัวนำอินทรีย์ที่เรียกว่า rubrene วัสดุนี้มีความคล่องตัวในการชาร์จสูง ซึ่งหมายความว่าตัวพาประจุจะเคลื่อนที่ผ่านอย่างรวดเร็วและในระยะทางไกล
ทีละชั้น
ทรานซิสเตอร์สองขั้วทางแยกประกอบด้วยขั้วสามขั้วที่คั่นด้วยวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่เป็นชนิด p หรือ n ในอุปกรณ์ เซมิคอนดักเตอร์เหล่านี้จะถูกจัดเรียงสลับกัน ในรูปแบบ pnp หรือ npn
ก่อนหน้านี้ กลุ่มของลีโอเคยทำฟิล์มรูเบรนทั้งชนิด p และ n แต่ในผลงานล่าสุด พวกเขาได้ใช้ขั้นตอนเพิ่มเติมของวิศวกรรมฟิล์มเหล่านี้บนชั้น rubrene ที่เป็นผลึกที่บางมากซึ่งมีความหนาประมาณ 20 นาโนเมตร จากนั้นฟิล์มจะทำหน้าที่เป็นเมล็ดสำหรับชั้น p- และ n ที่ตามมา รวมทั้งชั้นที่เป็นประเภท i นั่นคือ พวกมันไม่ใช่ n- หรือ p- ดังนั้นจึงไม่มีตัวพาประจุลบหรือประจุบวก “ทั้งที่ภาพยนตร์เรื่องนี้เคยสร้างมาก่อนหน้านี้แล้ว แต่เราเป็นคนแรกๆ ที่นำพวกมันไปใช้ยาด้วยไฟฟ้าและตระหนักถึงกองอุปกรณ์ที่ซับซ้อน” ลีโออธิบาย
ลักษณะอุปกรณ์
นักวิจัยประเมินว่าความถี่ในการเปลี่ยนผ่านของอุปกรณ์ใหม่ของพวกเขา ซึ่งเป็นหน่วยวัดความเร็วคือ 1.6 GHz ซึ่งสูงกว่าสถิติของทรานซิสเตอร์แบบออร์แกนิก field-effect (OFET) มาก ซึ่งก็คือ 40 MHz สำหรับอุปกรณ์ที่กำหนดค่าในแนวตั้ง และ 160 Hz สำหรับอุปกรณ์ที่มีการกำหนดค่าในแนวนอน อย่างไรก็ตาม Leo ตั้งข้อสังเกตว่าความเร็วต่อแรงดันไฟฟ้าของอุปกรณ์เป็นการวัดประสิทธิภาพที่เกี่ยวข้องมากกว่า "ที่นี่ อุปกรณ์ใหม่ที่มีความเร็วประมาณ 400MHz/V เร็วกว่าทรานซิสเตอร์อินทรีย์รุ่นก่อนเกือบร้อยเท่า" เขากล่าว
ทรานซิสเตอร์อินทรีย์บรรลุความสูงใหม่
ยิ่งไปกว่านั้น ลีโอบอก โลกฟิสิกส์ ว่าทรานซิสเตอร์ใหม่ของทีมสามารถนำมาใช้เพื่อกำหนดพารามิเตอร์อุปกรณ์ที่สำคัญสำหรับวัสดุอินทรีย์: ความยาวการแพร่กระจายของพาหะส่วนน้อย พารามิเตอร์นี้ซึ่งเป็นกุญแจสำคัญในการเพิ่มประสิทธิภาพของอุปกรณ์คือระยะทางที่พาหะส่วนน้อย (อิเล็กตรอนในเซมิคอนดักเตอร์ชนิด p; รูในเซมิคอนดักเตอร์ชนิด n) สามารถเคลื่อนที่ได้ก่อนที่จะรวมตัวกับพาหะที่มีประจุตรงกันข้าม ในซิลิคอน ปริมาณนี้มีความยาวได้หลายไมครอน คุณค่าของสารอินทรีย์คาดว่าจะน้อยกว่ามาก แต่โดยทั่วไปแล้ววัสดุประเภทนี้ไม่เป็นที่รู้จักเลย Leo กล่าว
ในเลเยอร์ที่มีคำสั่งสูงที่ใช้ในงานนี้ ทีมงานของ TU Dresden ได้พิจารณาแล้วว่าความยาวการแพร่กระจายของพาหะส่วนน้อยคือ 50 นาโนเมตร ซึ่งนานพอที่จะทำให้ทรานซิสเตอร์ทำงานได้ดี อย่างไรก็ตาม Leo เน้นว่ายังคงจำเป็นต้องมีการศึกษาเพิ่มเติมเพื่อกำหนดว่าพารามิเตอร์ใดของวัสดุที่ควบคุมปริมาณนี้และจะปรับให้เหมาะสมได้อย่างไร
นักวิจัยกล่าวว่าทรานซิสเตอร์ใหม่นี้สามารถนำมาใช้ในการใช้งานต่างๆ เช่น การประมวลผลสัญญาณและการส่งข้อมูลแบบไร้สาย ซึ่งข้อมูลจะต้องได้รับการวิเคราะห์และส่งข้อมูลด้วยความเร็วสูง ขณะนี้พวกเขากำลังทำงานเพื่อลดกระแสไฟรั่วในอุปกรณ์ ซึ่งจะทำให้พวกเขาสามารถวัดความเร็วในการทำงานได้โดยตรง “เรายังต้องการสรุปการประยุกต์ใช้เทคนิคเลเยอร์ที่มีลำดับสูงกับอุปกรณ์อื่นๆ ด้วย” ลีโอเปิดเผย
ทีมงานบรรยายการทำงานใน ธรรมชาติ.
