211service.com
Samostatně sestavené organické obvody
Vědci našli jednoduchý způsob, jak vyrobit vysoce výkonné elektronické obvody z organických polovodičů. Předstih, hlášený v tomto týdnu Příroda , nás přivádí o krok blíže k levné, ohebné plastové elektronice.
Vlastní okruh: Tento logický obvod obsahuje více než 300 organických tranzistorů vyrobených pomocí nového triku s vlastní montáží. Polovodivá vrstva v každém zařízení je tvořena molekulami, které se samy uspořádají na povrchu obvodu.
Výzkumný tým pod vedením Lev Dago ve výzkumných laboratořích Philips v nizozemském Eindhovenu vyvinuli polovodičové molekuly, které se automaticky uspořádají na povrchu ve vrstvě o tloušťce pouhých několika nanometrů. Tyto samoskládající se molekuly by mohly výrazně usnadnit výrobu organických tranzistorů, základních stavebních kamenů plastové elektroniky. V experimentech vědci použili tuto techniku k výrobě stovek tranzistorů a seřadili je do složitých obvodů.
V minulosti jiní používali podobné triky s vlastní montáží k výrobě organických tranzistorů, ale nová metoda je mnohem jednodušší. Kromě toho výzkumníci dosud nebyli schopni přesně a spolehlivě replikovat samostatně sestavená zařízení. Potřebujete, aby každý tranzistor fungoval, aby obvod fungoval, říká John Kymissis , profesor elektrotechniky na Kolumbijské univerzitě. Zde jsou stovky tranzistorů, z nichž všechny fungují. Výtěžnost je extrémně dobrá pro komplikované obvody.
Organické polovodiče jsou levnější a flexibilnější než křemík. Dnešní ploché displeje používají k zapínání a vypínání pixelů tranzistory vyrobené z tuhého amorfního křemíku. Naopak tranzistory vyrobené z plastů by mohly vést k velkým, levným, ohebným displejům a řadě dalších levných zařízení, jako jsou štítky RFID. Výzvou jsou však náklady a praktičnost výroby organických elektronických obvodů.
Mnoho výzkumníků věří, že sebe-montáž – technika, která spoléhá na to, že se molekuly uspořádají do složitých struktur – by mohla být nejpraktičtějším způsobem výroby levné plastové elektroniky. V současnosti používané metody k výrobě organických obvodů zahrnují litografické leptání a inkoustový tisk. Vlastní montáž eliminuje potřebu progresivního vzorování polovodičové vrstvy a neplýtvá polovodičem jeho leptáním.
Konečným cílem pro samostatně sestavené obvody je umět hodit molekuly do kádinky a nechat je uspořádat do požadovaných struktur, říká Edsger Smits, výzkumník z Philips Research Laboratories, který se na práci podílel. Vytažení obvodů z kádinky je stále ještě daleko, ale současná práce je krokem k tomuto cíli. Výzkumníci mezi použitím tradiční litografie a povrchového leptání umístili zlaté zdrojové a odvodňovací elektrody s izolátorem z oxidu křemičitého. Poté ponořili tento tranzistorový obvod do roztoku obsahujícího organický polovodič.
Polovodičové molekuly se samy uspořádaly v hustě nahromaděné jediné vrstvě o tloušťce asi tři nanometry na povrchu izolátoru z oxidu křemičitého mezi zdrojem a odtokem. Molekuly se přichytí tak dlouho, dokud je otevřený prostor, takže skutečně existuje monomolekulární vrstva, říká spoluautor papíru Stephan Kirchmeyer, který je viceprezidentem H.C. Starck , chemická společnost se sídlem v Leverkusenu v Německu, která navrhla a vyrobila molekuly.
V předchozí práci jiných skupin byly obvody nejprve ponořeny do chemické kotvy a poté potaženy roztokem polovodiče, což způsobilo, že se polovodič připojil k molekulám kotvy. V nových molekulách jsou kotva a polovodič již navlečeny dohromady. To se stává jednokrokovým výrobním procesem, říká Chcete-li kontaktovat Yang , profesor materiálové vědy a inženýrství na Kalifornské univerzitě v Los Angeles. [Je to] chytrý přístup.
Vytvoření dobře uspořádané polovodičové vrstvy vytváří vysoce výkonné zařízení. Zlepšuje mobilitu elektronů tranzistoru, což zase určuje, kolik proudu může nést a jak rychle se může zapínat a vypínat. Výkony zařízení [jsou] srovnatelné s objemovými tranzistory založenými na podobných materiálech, říká Smits.
Výzkumníci nakonec spojili své tranzistory do funkčních obvodů. V jejich Příroda papíru, demonstrují několik důležitých logických komponent, jako jsou invertory a prstencové oscilátory. Demonstrují také komplikovaný obvod zvaný generátor kódu využívající 300 tranzistorů.
Kymissis připouští, že rychlejší a lepší obvody byly dříve vyrobeny pomocí vlastní montáže. Ale říká, že jednoduchost jednokrokové montážní metody a schopnost těchto tranzistorů fungovat v tak složitých obvodech je úžasný pokrok.