Forskere har fremstillet ultratynde organiske transistorer med en ny metode, der styrer krystaldannelsen gennem underafkøling. I de optimerede komponenter var strømmen i tændt tilstand næsten en milliard gange større end i slukket tilstand. Arbejdet blev offentliggjort som accepteret manuskript i National Science Review den 22. oktober.

Fangcong Zhang og kolleger arbejder med vertikale organiske felteffekttransistorer. Her bestemmes kanalens længde af halvlederlagets tykkelse. Forskerne fremstillede komponenter med kanaler ned til 25 nanometer, mens det fremhævede forhold mellem tændt og slukket blev målt med et 50 nanometer tykt lag.

Molekylerne skal lægge sig rigtigt

Metoden bruger materialet C8-BTBT. Ifølge studiet stabiliserer processen en foretrukken orientering af molekylerne under krystaldannelsen og forbedrer transporten af elektrisk ladning gennem laget. Filmene blev kombineret med en selvorganiseret grafenelektrode.

Den ensartede film gjorde det også muligt at fremstille arrays med 2.500 komponenter pr. kvadratcentimeter. Forskerne peger på metoden som en mulig vej mod integrerede organiske kredsløb fremstillet fra opløsninger. Demonstrationen er et materialeresultat og en komponenttest, ikke en færdig processor.

Hvad betyder en milliard til én?

En transistor skal kunne skelne tydeligt mellem en tilstand, hvor strøm passerer, og en tilstand, hvor den i høj grad holdes tilbage. Forholdet mellem de to strømme kaldes on/off-forholdet. Et stort tal betyder, at de elektriske tilstande ligger langt fra hinanden under de valgte målebetingelser.

En gennemgang i Journal of Applied Physics forklarer, at både den tændte og den slukkede strøm afhænger af flere forhold. Det gælder blandt andet halvlederens ladningstransport, isoleringslaget, spændingerne og grænsefladerne mellem materialerne. Et godt forhold kan derfor ikke stå alene som karakteristik af hele komponenten.

En milliard til én betyder således ikke, at en computer bliver en milliard gange hurtigere. Forholdet siger heller ikke, hvor mange gange komponenten kan skifte tilstand uden at ændre sine egenskaber. Det er heller ikke et direkte mål for en færdig enheds batteritid. Hastighed og samlet energiforbrug kræver andre undersøgelser, og en praktisk sammenligning må bruge samme opgave og relevante driftsbetingelser.

Organisk elektronik kan fremstilles på andre måder

Organiske halvledere bygger på molekyler med elektroniske egenskaber, som kan bruges i tynde lag. Cambridge University beskriver, hvordan små organiske molekyler kan aflejres under vakuum ved relativt lave temperaturer. Andre materialer kan udformes, så de opløses og kan påføres som en slags blæk.

Det åbner adgang til fremstillingsmetoder, der minder mere om belægning og trykning end om den traditionelle forestilling om en computerchip. Cambridge fremhæver blandt andet inkjet, serigrafi og kontinuerlige processer fra rulle til rulle som muligheder for at påføre organiske halvlederlag.

Muligheden er interessant, fordi tynde film kan dække større flader, og mange af materialerne kan danne fleksible lag. Men det er en generel egenskab ved teknologiområdet. Den nye transistorundersøgelse dokumenterer ikke alene et bøjeligt produkt, en billig produktionslinje eller en erstatning for silicium i almindelige computere.

En kort kanal stiller store krav til filmen

Fordelen ved den vertikale opbygning er, at afstanden gennem halvlederen kan gøres meget kort. Udfordringen er, at et ultratyndt lag lettere kan give lækstrøm eller kortslutning. Derfor er kontrollen med filmen en central del af studiet, ikke blot et trin før den egentlige elektronik.

I laboratoriet undersøges organiske transistorer typisk ved at variere spændingerne og måle strømmen. Ossilas fremstillingsvejledning beskriver både påføring fra opløsning og fordampning samt efterfølgende elektrisk karakterisering. Den slags målinger gør det muligt at skelne en lovende film fra en komponent, der faktisk kan styres.

Næste praktiske spørgsmål er, hvor robust processen er, når flere komponenter skal fungere sammen. En brugbar teknologi skal levere ensartede resultater og bevare egenskaberne under drift. Det nye arbejde giver en konkret fremstillingsvej og lovende elektriske målinger; vejen videre kræver, at fordelene holder uden for de optimerede forsøgsbetingelser.

Kilder og videre læsning

Har du fundet en fejl? Læs om rettelser.