Almanya'daki araştırmacılar, organik yarı iletkenden yapılmış ilk bipolar transistörü yarattılar. Yeni transistör olağanüstü performansa, dikey mimariye ve yüksek diferansiyel amplifikasyona sahiptir ve verilerin analiz edilmesi ve yüksek hızlarda iletilmesi gereken yüksek performanslı ince film ve esnek elektroniklerde uygulamalar bulabilir.
Transistörler, modern elektroniklerde, bir devre boyunca yük taşıyıcılarının (elektronlar veya delikler) akışını kontrol etmek için anahtar olarak kullanılır. Bipolar transistörler özeldir çünkü hem elektronları hem de delikleri kullanırlar ve bu ekstra yetenek onların yüksek hızlı ve yüksek güçlü uygulamalara çok uygun olduğu anlamına gelir. Bunları inorganik olanlardan ziyade organik yarı iletkenlerden oluşturmak, elektronik tasarımcılarına bu tür yüksek hızlı ve yüksek güçlü cihazları esnek ve şeffaf hale getirme kapsamını verebilir.
Yöneten bir ekip Karl Leo of TU Dresden Rubren adı verilen organik bir yarı iletkenin oldukça düzenli (kristalin) ince filmlerinden bir organik bipolar bağlantı transistörü inşa ederek bu hedefe doğru bir adım attı. Bu malzemenin yüksek yük hareketliliği vardır, bu da yük taşıyıcılarının son derece hızlı ve uzun mesafeler boyunca içinden geçebileceği anlamına gelir.
Katman katman
Bipolar bağlantı transistörleri, p veya n tipi yarı iletken malzemelerle ayrılmış üç terminalden oluşur. Cihazlarda bu yarı iletkenler, pnp veya npn konfigürasyonunda dönüşümlü olarak düzenlenir.
Leo'nun grubu daha önce hem p hem de n tipi rubren filmler yapmıştı, ancak son çalışmada bu filmleri yaklaşık 20 nm kalınlığında çok ince bir kristalin rubren tabakası üzerinde tasarlamak gibi ek bir adım attılar. Filmler daha sonra sonraki p ve n katmanlarının yanı sıra i tipi katmanlar için bir tohum görevi görür; yani bunlar ne n- ne de p- değildir ve dolayısıyla ne negatif ne de pozitif yük taşıyıcıları taşımazlar. Leo şöyle açıklıyor: "Bu tür filmler daha önce yapılmış olsa da, bunları elektriksel olarak katkılayan ve karmaşık cihaz yığınlarını ilk gerçekleştiren biziz."
Cihaz karakterizasyonu
Araştırmacılar, yeni cihazlarının geçiş frekansının (esasen hızının bir ölçüsü) 1.6 GHz olduğunu tahmin ediyor. Bu, dikey olarak yapılandırılmış bir cihaz için 40 MHz ve yatay olarak yapılandırılmış bir cihaz için 160 Hz olan organik alan etkili transistörlerin (OFET'ler) rekorundan çok daha yüksektir. Ancak Leo, cihazın voltaj başına hızının performansıyla daha alakalı bir ölçü olduğunu belirtiyor. "Burada yaklaşık 400 MHz/V'lik yeni cihaz önceki organik transistörlerden neredeyse yüz kat daha hızlı" diyor.
Organik transistörler yeni boyutlara ulaşıyor
Dahası, Leo anlatıyor Fizik dünyası ekibin yeni transistörlerinin organik materyaller için önemli bir cihaz parametresini belirlemek için kullanılabileceğini gösterdi: azınlık taşıyıcı difüzyon uzunluğu. Cihaz verimliliğini optimize etmek için anahtar olan bu parametre, azınlık taşıyıcısının (p-tipi yarı iletkenlerdeki elektronlar; n-tipi yarı iletkenlerdeki delikler) zıt yüklü bir taşıyıcıyla yeniden birleşmeden önce kat edebileceği mesafedir. Silikonda bu miktarın uzunluğu birçok mikron olabilir. Leo, organiklerin değerinin çok daha düşük olması bekleniyordu ancak bu sınıftaki malzemelerde bunun temelde bilinmediğini söylüyor.
Bu çalışmada kullanılan oldukça düzenli katmanlarda, TU Dresden ekibi azınlık taşıyıcı difüzyon uzunluğunun 50 nm olduğunu, yani transistörlerin iyi çalışmasını sağlayacak kadar uzun olduğunu belirledi. Ancak Leo, malzemenin hangi parametrelerinin bu miktarı kontrol ettiğini ve nasıl optimize edilebileceğini belirlemek için hala daha fazla çalışmaya ihtiyaç olduğunu vurguluyor.
Araştırmacılara göre yeni transistör, sinyal işleme ve kablosuz iletim gibi verilerin yüksek hızda analiz edilmesi ve iletilmesi gereken uygulamalarda kullanılabilir. Şimdi, cihazın çalışma hızını doğrudan ölçebilmelerini sağlayacak kaçak akımı azaltmak için çalışıyorlar. Leo, "Aynı zamanda yüksek sıralı katman tekniğinin uygulamasını diğer cihazlara da genelleştirmek istiyoruz" diye açıklıyor.
Ekip çalışmayı şöyle anlatıyor: Tabiat.
