211service.com
Doorzichtige transistoren
Organische light-emitting diode (OLED)-schermen zijn momenteel te vinden op mobiele telefoons en digitale camera's. Maar in de toekomst verwachten fabrikanten grotere, buigzame en volledig transparante versies. Ze stellen zich heldere kaarten voor op vizieren en voorruiten, televisieschermen ingebouwd in brillen en oprolbare, doorzichtige computerschermen. En hoewel de OLED's zelf transparant kunnen zijn, moeten de transistors die de OLED of pixel van elk scherm aansturen, om een duidelijk beeld te krijgen, ook transparant zijn.
Transparante transistoren: Arrays van volledig transparante transistors gemaakt met indiumoxide nanodraden zijn vervaardigd op een plastic substraat (rode lijnen markeren de array-gebieden). De transistors, gemaakt door onderzoekers van Purdue University en Northwestern University, kunnen een belangrijke stap zijn in de richting van heldere, flexibele en volledig doorzichtige displays.
Onderzoekers van Purdue University en Northwestern University hebben nu flexibele, doorzichtige transistors gemaakt met behulp van nanodraden van zinkoxide en indiumoxide. De transistors van amorf of polykristallijn silicium die in bestaande displays worden gebruikt, zijn daarentegen niet transparant. De nieuwe transistors presteren ook beter dan hun silicium tegenhangers en zijn gemakkelijker te fabriceren op flexibel plastic.
De transistors zouden kunnen leiden tot helderdere doorzichtige OLED-schermen, zegt Purdue hoogleraar elektrotechniek en computertechniek David Janes , die het werk leidde dat vorige week werd gepubliceerd Natuur Nanotechnologie . Wanneer conventionele niet-transparante transistorschakelingen rond de OLED worden geplaatst, neemt deze ruimte in beslag op het scherm die anders licht zou kunnen uitstralen. Maar, zegt Janes, je zou transparante transistors onder of bovenop de pixel kunnen plaatsen, waardoor het lichtuitstralende gebied groter wordt.
Om de transistoren te maken, zetten Janes en zijn collega's eerst een indium-zink-oxide-poortelektrode op glas of plastic. Daarna leggen ze een nanodraadoplossing op het oppervlak. Nadat ze een nanodraad hebben gevonden die op de juiste manier is uitgelijnd, plaatsen ze source- en drain-elektroden gemaakt van indiumtinoxide aan weerszijden van de nanodraad. Zowel indiumzinkoxide als indiumtinoxide zijn transparante materialen.
De nanodraadtransistors hebben een hoge elektronenmobiliteit, wat bepaalt hoe snel de transistor kan werken en hoeveel stroom hij kan dragen. Sterker nog, de mobiliteit is een paar honderd keer beter dan bij transistors van amorf silicium, dat veel wordt gebruikt in de elektronica voor displays. Daardoor zouden de transistors kleiner en sneller gemaakt kunnen worden, zegt Janes. Compactere transistors, zegt hij, zouden een nog groter pixeloppervlak betekenen. Bovendien zijn de nanodraadtransistors veel gemakkelijker te maken op plastic dan siliciumtransistors omdat ze geen verwerking bij hoge temperaturen nodig hebben.
Onderzoeksgroepen hebben onlangs transparante transistors gemaakt met behulp van dunne films van zinkoxide of indiumoxide, of met behulp van koolstofnanobuisjes. (Zie Goedkope, transparante en flexibele beeldschermen.) Beide technologieën hebben unieke problemen. Hoewel de koolstof-nanobuistransistors veel betere elektronenmobiliteit hebben en sterker zijn dan de nieuwe nanodraadtransistors, zijn ze niet helemaal transparant omdat ze kleine metalen contacten nodig hebben om de nanobuisjes met de elektroden te verbinden. Dunne-filmtransistors zijn daarentegen gemakkelijker te fabriceren op verschillende oppervlakken, maar hebben een veel lagere mobiliteit.
Voor de nieuwe transistors zijn de prestaties op het gebied van mobiliteit, flexibiliteit en transparantie zeer indrukwekkend, zegt John Wager , een professor in elektrotechniek en computerwetenschappen die werkzaam is op het gebied van transparante elektronica aan de Oregon State University. Nu is de grootste resterende vraag, zegt hij, kan dit alles worden vertaald in echte maakbaarheid?
Op dit moment is er geen methode om te bepalen waar nanodraden op een oppervlak worden afgezet of hoe ze zich opstellen. Bij experimentele demonstraties gooi je een paar duizend nanobuisjes naar beneden en hoop je dat er één in de gewenste richting komt, zegt Wager. Maar het willekeurig afzetten van nanodraden op een oppervlak werkt niet als men transistors gaat maken voor grote beeldschermen.
Inderdaad, zegt Janes, je moet een manier hebben om het gewenste aantal nanodraden op de gewenste plek te krijgen. Op dit moment hebben alle drie de technologieën om transparante transistors te maken - nanodraden, dunne films en koolstofnanobuizen - een goede kans om siliciumtransistortechnologie te vervangen door toekomstige transparante, flexibele schermen, zegt Janes.
Volgens John Rogers , een professor in materiaalkunde en engineering aan de Universiteit van Illinois in Urbana Champaign, zal het uiteindelijke commerciële succes van een van de drie technologieën afhangen van hoe ze zich meten met veel verschillende factoren: transparantie, elektrische prestaties, flexibiliteit en het gemak en kosten om ze te vervaardigen. Het wordt een goede paardenrace om te zien welke aanpak wint, zegt Rogers.