Läbimurre orgaanilises elektroonikas: teadlased paljastavad salajased vead!

Läbimurre orgaanilises elektroonikas: teadlased paljastavad salajased vead!

Marburgi Philippsi ülikoolis ja Stuttgardis asuvas Max Plancki tahkisfüüsika instituudis tehtud uuringud on orgaanilise elektroonika valdkonnas teinud märkimisväärseid edusamme. Eelkõige keskendutakse pinnadefektidele, nn lõksuolekutele, mis mõjutavad oluliselt voolu transporti orgaanilistes väljatransistorides (OFET). Nende uuringute raames leiti, et isolaatorikihil hüdroksüülrühmadeta transistoridel on paremad elektronide ja aukude transpordiomadused. See üllatav leid on vastuolus varasemate eeldustega, et häirida saab ainult elektronide transport. Need tulemused avaldati ajakirjas Advanced Materials.

Teadlased kasutavad materjalide ja liideste sihipäraste uuringute läbiviimiseks kaasaegseid füüsilisi meetodeid, nagu röntgendifraktsioon ja aatomjõumikroskoopia. See on ülioluline orgaaniliste transistoride jõudluse parandamiseks, eriti sellistes rakendustes nagu paindlikud kuvarid ja kantav elektroonika. Liideste puhtus ja passiivsus on muutunud võtmeteguriks nende transistoride töö paremaks mõistmisel. Varasemad mõõtmised viidi sageli läbi tavalistes keskkonnatingimustes, nagu niiskus ja hapnik, mis moonutas saadud andmeid. Parem arusaam ei parandaks mitte ainult OFETide jõudlust, vaid ka nende töökindlust.

Dielektrilisuse, liikuvuse ja kontakttakistuse mõju

OFET-ide jõudlust mõjutavad oluliselt erinevad tegurid, mida tuleb optimaalselt kombineerida. Nende hulka kuuluvad dielektriline võimsus, laengukandjate liikuvus, kontakttakistus ja juhtivus. Näiteks tagab suurem dielektriline mahtuvus kanali parema juhtivuse antud paisupinge korral.

Keskset rolli mängib ka koormakandjate liikuvus. See näitab, kui kergesti võivad elektronid või augud läbi pooljuhtkanali voolata. Suurem liikuvus mitte ainult ei paranda reageerimist paisu pinge muutustele, vaid on ka kõrgsageduslike rakenduste jõudluse jaoks kriitilise tähtsusega. Kontakttakistust tuleb samuti pidada kriitiliseks probleemiks, kuna see mõjutab tõhusat laengu sisestamist ja eemaldamist. Kõrge kontakttakistus võib põhjustada pingelangust, mis mõjutab üldist jõudlust.

OFETide iseloomustus ja testimismeetodid

Orgaaniliste väljatransistoride iseloomustamiseks kasutatakse kahte peamist tüüpi mõõtmisi: ülekande- ja väljundkarakteristikuid. Ülekandeomaduste korral joonistatakse äravooluvool konstantse äravoolupingega paisupinge suhtes. Olulised parameetrid on siin lävipinge ja sisse/välja voolu suhe, millele tuleks püüda.

Väljundomadused seevastu näitavad äravooluvoolu ja äravoolupinge vahelist suhet paisupinge erinevate fikseeritud väärtuste korral. Siin on eriti olulised küllastus- ja lineaaralad, kuna need on olulised kanali maksimaalse juhtivuse hindamisel.

OFETide materjalid, sageli orgaanilised polümeerid või väikesed molekulid, sadestatakse erinevatele aluspindadele, nagu klaas, plastik või paber. Enne materjali pealekandmist on oluline aluspinnad põhjalikult ette valmistada, et vältida saastumist. Katsed elektriliste omaduste määramiseks on samuti uurimisprotsessi keskne osa.

Kokkuvõttes näitavad uuringud inseneride ja teadlaste otsustavat rolli orgaaniliste pooljuhtmaterjalide väljatöötamisel ja optimeerimisel. Selline töö Philippsi ülikoolis Marburgis ja Max Plancki instituudis võib ületada võimalikud tehnoloogiatõkked ja luua aluse tulevastele rakendustele, näiteks orgaaniliste valgusdioodide (OLED) ja muude optoelektrooniliste seadmete väljatöötamisel.