211service.com
Zelf-geassembleerde organische circuits
Onderzoekers hebben een eenvoudige manier gevonden om hoogwaardige elektronische schakelingen te maken van organische halfgeleiders. Het voorschot, gerapporteerd in deze week Natuur , brengt ons een stap dichter bij goedkope, buigbare plastic elektronica.
Zelf gemaakte schakeling: Dit logische circuit bevat meer dan 300 organische transistors die zijn gemaakt met behulp van een nieuwe zelfassemblagetruc. De halfgeleidende laag in elk apparaat wordt gevormd door moleculen die zich op het circuitoppervlak rangschikken.
Een onderzoeksteam onder leiding van Dago de Leeuw in de Philips Research Laboratories, in Eindhoven, Nederland, ontwikkelden halfgeleidermoleculen die zichzelf automatisch rangschikken op een oppervlak in een laag van slechts enkele nanometers dik. Deze zelfassemblerende moleculen zouden het veel gemakkelijker kunnen maken om organische transistors te fabriceren, de essentiële bouwstenen van plastic elektronica. In experimenten gebruikten de onderzoekers de techniek om honderden transistors te maken en deze in complexe circuits te rangschikken.
In het verleden hebben anderen soortgelijke zelfassemblagetrucs gebruikt om organische transistors te maken, maar de nieuwe methode is veel eenvoudiger. Bovendien zijn onderzoekers tot nu toe niet in staat geweest om zelf-geassembleerde apparaten nauwkeurig en betrouwbaar te repliceren. Je hebt elke transistor nodig om te werken om het circuit te laten werken, zegt John Kymissis , een professor elektrotechniek aan de Columbia University. Hier zijn er honderden transistors, die allemaal werken. Het rendement is buitengewoon goed voor gecompliceerde schakelingen.
Organische halfgeleiders zijn goedkoper en flexibeler dan silicium. De platte beeldschermen van tegenwoordig maken gebruik van transistors die zijn gemaakt van onbuigzaam amorf silicium om pixels aan en uit te zetten. Omgekeerd zouden transistors van plastic kunnen leiden tot grote, goedkope, buigbare displays en een reeks andere goedkope apparaten, zoals RFID-tags. De kosten en uitvoerbaarheid van het fabriceren van organische elektronische schakelingen is echter een uitdaging.
Veel onderzoekers zijn van mening dat zelfassemblage - een techniek die afhankelijk is van moleculen die zichzelf in complexe structuren rangschikken - de meest praktische manier zou kunnen zijn om goedkope plastic elektronica te produceren. De methoden die momenteel worden gebruikt om organische schakelingen te fabriceren, omvatten lithografisch etsen en inkjetprinten. Zelfassemblage elimineert de noodzaak om de halfgeleiderlaag geleidelijk van een patroon te voorzien en verspilt de halfgeleider niet door deze weg te etsen.
Het uiteindelijke doel van zelf-geassembleerde circuits is om moleculen in een beker te kunnen gooien en ze te laten organiseren in gewenste structuren, zegt Edsger Smits, een onderzoeker bij de Philips Research Laboratories, die bij het werk betrokken was. Circuits uit een beker halen is nog ver weg, maar het huidige werk is een stap in de richting van dat doel. De onderzoekers deponeerden goudbron- en afvoerelektroden met daartussen een siliciumdioxide-isolator met behulp van traditionele lithografie en oppervlakte-etsen. Daarna doopten ze dit transistorcircuit in een oplossing die de organische halfgeleider bevat.
De halfgeleidermoleculen rangschikten zich in een dicht opeengepakte enkele laag van ongeveer drie nanometer dik bovenop de siliciumdioxide-isolator tussen de source en drain. De moleculen hechten zich vast zolang er een open ruimte is, dus er is echt een monomolecuullaag, zegt papiercoauteur Stephan Kirchmeyer, vice-president van HC Starck , het chemiebedrijf uit Leverkusen, Duitsland, dat de moleculen ontwierp en produceerde.
In eerder werk van andere groepen werden circuits eerst in een ankerchemicaliën gedompeld en vervolgens gecoat met een halfgeleideroplossing, waardoor de halfgeleider zich aan de ankermoleculen hechtte. In de nieuwe moleculen zijn het anker en de halfgeleider al aan elkaar geregen. Dit wordt een productieproces in één stap, zegt Contact opnemen met Yang , een professor materiaalwetenschap en techniek aan de Universiteit van Californië, Los Angeles. [Het is] een slimme aanpak.
Door een goed geordende halfgeleiderlaag te produceren, ontstaat een apparaat met hoge prestaties. Het verbetert de elektronenmobiliteit van een transistor, die op zijn beurt bepaalt hoeveel stroom hij kan dragen en hoe snel hij kan in- en uitschakelen. De prestaties van de apparaten [zijn] vergelijkbaar met bulktransistors op basis van vergelijkbare materialen, zegt Smits.
De onderzoekers combineerden uiteindelijk hun transistors tot functionerende circuits. in hun Natuur papier demonstreren ze verschillende belangrijke logische componenten, zoals inverters en ringoscillatoren. Ze demonstreren ook een ingewikkeld circuit, een codegenerator genaamd, met 300 transistors.
Kymissis geeft toe dat er eerder snellere, betere circuits zijn gemaakt met behulp van zelfassemblage. Maar hij zegt dat de eenvoud van de eenstaps-assemblagemethode en het vermogen van deze transistors om in zulke complexe circuits te functioneren een geweldige vooruitgang is.