Orgaanisten piirien miniaturisointia

Tohtori Paddy Chan tutkimusryhmineen on kehittänyt porrastetun rakenteen yksikerroksiset orgaaniset kenttätransistorit ja niihin sopivat pienen kontaktiresistanssin elektrodit.

(13.10.2020) Orgaanisen kenttävaikutustransistoreiden (OFET) etuna piihin nähden on joustavuus. Kuitenkin niiden suorituskyvyn ja massatuotannon hankalin rajoitus on niiden miniaturisoinnin vaikeus.

Hongkongin yliopiston (HKU) tohtori Paddy Chanin johtama suunnittelutiimi on tehnyt merkittävän läpimurron porrastettujen yksikerroksisten orgaanisten fettien kehittämisessä. Se asettaa tärkeän kulmakiven OFETien koon pienentämiseksi.

Keskeinen ongelma niiden koon pienentämisessä on, että jos OFETn kontaktiresistanssi on suuri, transistorikanava on kuvioitu lyhyemmäksi ja suurin osa käytetystä jännitteestä häviää kontaktissa kanavan sijaan. OFET-ominaisuuksia hallitsevat tällöin kaksi kontaktia ja ne käyttäytyvät kuin kaksi toisiinsa vastakytkettyä diodia pikemminkin kuin oikein toimiva transistori.

Yksikerroksisilla orgaanisilla kiteillä ei voida käyttää tavanomaista elektrodien valmistusmenetelmää, koska niissä käytettävät korkeaenergiset metalliatomit orgaanista puolijohdetta pommittaessaan vahingoittavat sitä. Tämän ongelman ylittämiseksi ryhmä otti käyttöön elektrodin siirtomenetelmän.

Siihen he käyttivät erittäin tasaisen yksikerroksisen pinnan suurta pintaenergiaominaisuutta metallielektrodin "kiinnittämiseen" käyttämättä mitään rajapintakerrosta. Näin saavutettiin ennätyksellisen matala 40 Ω cm kosketusresistanssi ja yksi korkeimmista erilaisten OFET-luokkien virtatiheystaso. Verrattuna tavanomaisiin rakenteisiin, joiden kontaktiresistanssi on 1000 Ω cm, uusi rakenne voi vähentää 96% kontaktin tehohävikistä. Hukkalämmön huomattava vähennys pienentää puolijohteiden yleisintä vikaantumisongelmaa.

"Saavutuksemme perusteella voimme edelleen pienentää OFET:n mittoja ja puskea ne alle mikrometrin tasolle, joka on yhteensopiva epäorgaanisten rakenteiden kanssa," Tohtori Chan sanoo. "Jos joustava OFET toimii, monet perinteiset jäykät elektroniikat, kuten näyttöpaneelit, tietokoneet ja matkapuhelimet, muuttuvat joustaviksi ja taitettaviksi. Nämä tulevat laitteet olisivat paljon kevyempiä ja tuotettavissa alhaisilla tuotantokustannuksilla."

"Lisäksi orgaanisen luonteen vuoksi ne ovat todennäköisesti biologisesti yhteensopivia kehittyneissä lääketieteellisissä sovelluksissa, kuten anturit aivotoimintojen tai hermosäikeiden havaitsemiseen ja aivojen aiheuttamien sairauksien, kuten epilepsian, tarkkaan diagnosointiin."

"OFET-rakenteemme tarjoavat paljon paremman signaali-kohinasuhteen. Siksi odotamme, että voimme poimia joitain heikkoja signaaleja, joita ei voida havaita, muuten kuin käyttäen tavanomaista paljasta elektrodia esimerkiksi aivosignaalien tunnistamiseen," tohtori Chan lisää.

Aiheesta aiemmin:

Nanorakenteinen porttieriste orgaanisille ohutkalvotransistoreille

Orgaanista tehoelektroniikkaa