211service.com
Selvsamlede organiske kredsløb
Forskere har fundet en enkel måde at lave højtydende elektroniske kredsløb fra organiske halvledere. Fremskridtet, rapporteret i denne uges Natur , bringer os et skridt tættere på billig, bøjelig plastikelektronik.
Selvfremstillet kredsløb: Dette logiske kredsløb har mere end 300 organiske transistorer lavet ved hjælp af et nyt selvsamlingstrick. Det halvledende lag i hver enhed er dannet af molekyler, der arrangerer sig selv på kredsløbets overflade.
Et forskerhold ledet af Løven Dago på Philips Research Laboratories i Eindhoven, Holland, udviklede halvledermolekyler, der automatisk arrangerer sig selv på en overflade i et lag, der kun er få nanometer tykt. Disse selvsamlende molekyler kunne gøre det meget lettere at fremstille organiske transistorer, de væsentlige byggesten i plastikelektronik. I eksperimenter brugte forskerne teknikken til at lave hundredvis af transistorer og arrangerede dem i komplekse kredsløb.
Tidligere har andre brugt lignende selvsamlende tricks til at lave organiske transistorer, men den nye metode er meget enklere. Desuden har forskere ikke været i stand til nøjagtigt og pålideligt at replikere selvsamlede enheder indtil nu. Du har brug for, at hver transistor fungerer, for at kredsløbet kan fungere, siger John Kymissis , en elektroingeniør professor ved Columbia University. Her er der hundredvis af transistorer, som alle virker. Udbyttet er ekstremt godt for komplicerede kredsløb.
Organiske halvledere er billigere og mere fleksible end silicium. Nutidens fladskærme bruger transistorer lavet af stift amorft silicium til at tænde og slukke for pixels. Omvendt kan transistorer lavet af plast føre til store, billige, bøjelige skærme og en række andre billige enheder, såsom RFID-tags. Omkostningerne og det praktiske ved at fremstille organiske elektroniske kredsløb er imidlertid en udfordring.
Mange forskere mener, at selvsamling - en teknik, der er afhængig af molekyler, der arrangerer sig selv i komplekse strukturer - kunne være den mest praktiske måde at producere billig plastikelektronik på. De metoder, der i øjeblikket anvendes til at fremstille organiske kredsløb, omfatter litografisk ætsning og blækstråletryk. Selvmontering eliminerer behovet for gradvist at mønstre halvlederlaget og spilder ikke halvlederen ved at ætse den væk.
Det ultimative mål for selvsamlede kredsløb er at kunne smide molekyler i et bægerglas og lade dem organisere sig i ønskede strukturer, siger Edsger Smits, forsker ved Philips Research Laboratories, som var involveret i arbejdet. At trække kredsløb ud af et bægerglas er stadig et stykke vej væk, men det nuværende arbejde er et skridt i retning af dette mål. Forskerne deponerede guldkilde- og drænelektroder med en siliciumdioxid-isolator imellem ved hjælp af traditionel litografi og overfladeætsning. Så dyppede de dette transistorkredsløb i en opløsning indeholdende den organiske halvleder.
Halvledermolekylerne arrangerede sig selv i et tæt pakket enkelt lag omkring tre nanometer tykt oven på silicium-dioxid-isolatoren mellem kilden og afløbet. Molekylerne hæfter, så længe der er et åbent rum, så der er virkelig et monomolekylelag, siger papirmedforfatter Stephan Kirchmeyer, der er vicepræsident for H.C. Starck , den kemiske virksomhed med base i Leverkusen, Tyskland, der har designet og produceret molekylerne.
I tidligere arbejde fra andre grupper blev kredsløb først dyppet i et ankerkemikalie og derefter belagt med en halvlederopløsning, hvilket fik halvlederen til at fæstne sig til ankermolekylerne. I de nye molekyler er anker og halvleder allerede spændt sammen. Dette bliver en et-trins fremstillingsproces, siger For at kontakte Yang , professor i materialevidenskab og ingeniør ved University of California, Los Angeles. [Det er] en smart tilgang.
At producere et velordnet halvlederlag skaber en højtydende enhed. Det forbedrer en transistors elektronmobilitet, som igen bestemmer, hvor meget strøm den kan bære, og hvor hurtigt den kan tænde og slukke. Enhedernes ydeevne [er] sammenlignelig med bulktransistorer baseret på lignende materialer, siger Smits.
Forskerne kombinerede endelig deres transistorer til fungerende kredsløb. I deres Natur papir, demonstrerer de flere vigtige logiske komponenter såsom invertere og ringoscillatorer. De demonstrerer også et kompliceret kredsløb kaldet en kodegenerator, der bruger 300 transistorer.
Kymissis indrømmer, at hurtigere, bedre kredsløb tidligere er blevet lavet ved hjælp af selvsamling. Men han siger, at enkeltheden af en-trins samlingsmetoden og disse transistors evne til at fungere i så komplekse kredsløb er et fantastisk fremskridt.