Läpimurto orgaanisessa elektroniikassa: tutkijat paljastavat salaisia ​​puutteita!

Läpimurto orgaanisessa elektroniikassa: tutkijat paljastavat salaisia ​​puutteita!

Marburgin Philipps-yliopiston ja Stuttgartin Max Planckin Solid State Physics -instituutin tutkimus on edistynyt merkittävästi orgaanisen elektroniikan alalla. Erityisesti painopiste on pintavioissa, ns. "trap states", jotka vaikuttavat merkittävästi virran kulkuun orgaanisissa kenttätransistoreissa (OFET). Osana näitä tutkimuksia havaittiin, että transistoreilla, joissa ei ole hydroksyyliryhmiä eristekerroksessa, on paremmat elektronien ja reikien kuljetusominaisuudet. Tämä yllättävä havainto on ristiriidassa aiempien oletusten kanssa, joiden mukaan vain elektronien kuljetus voisi häiriintyä. Nämä tulokset julkaistiin Advanced Materials -lehdessä.

Tutkijat käyttävät nykyaikaisia ​​fysikaalisia menetelmiä, kuten röntgendiffraktiota ja atomivoimamikroskopiaa materiaalien ja rajapintojen kohdennettuihin tutkimuksiin. Tämä on ratkaisevan tärkeää orgaanisten transistorien suorituskyvyn parantamiseksi, erityisesti sovelluksissa, kuten joustavissa näytöissä ja puettavassa elektroniikassa. Liitäntöjen puhtaus ja passivointi on noussut avaintekijäksi näiden transistorien toiminnan ymmärtämisessä. Aiemmat mittaukset tehtiin usein normaaleissa ympäristöolosuhteissa, kuten kosteudessa ja hapessa, mikä vääristeli saatuja tietoja. Parempi ymmärtäminen ei vain parantaisi OFET:ien suorituskykyä, vaan myös niiden luotettavuutta.

Dielektrisyyden, liikkuvuuden ja kosketusvastuksen vaikutus

OFET:ien suorituskykyyn vaikuttavat merkittävästi useat tekijät, jotka on koordinoitava optimaalisesti yhdessä. Näitä ovat dielektrinen kapasiteetti, varauskantajan liikkuvuus, kosketusresistanssi ja johtavuus. Esimerkiksi korkeampi dielektrinen kapasitanssi johtaa parempaan johtavuuteen kanavassa tietyllä hilajännitteellä.

Myös taakkatelineiden liikkuvuudella on keskeinen rooli. Tämä osoittaa, kuinka helposti elektronit tai reiät voivat virrata puolijohdekanavan läpi. Suuremmat liikkuvuudet eivät ainoastaan ​​paranna vastetta hilajännitteen muutoksiin, vaan ovat myös kriittisiä korkeataajuisten sovellusten suorituskyvyn kannalta. Myös kosketusresistanssi on pidettävä kriittisenä asiana, koska se vaikuttaa tehokkaaseen varauksen injektioon ja poistoon. Suuri kosketusresistanssi voi aiheuttaa jännitehäviöitä, jotka vaikuttavat yleiseen suorituskykyyn.

OFET:ien karakterisointi ja testausmenetelmät

Orgaanisten kenttätransistorien karakterisointi suoritetaan käyttämällä kahta ensisijaista mittaustyyppiä: siirto- ja lähtöominaisuuksia. Siirto-ominaisuuksilla nieluvirta piirretään hilajännitteen funktiona vakion nielujännitteellä. Tärkeitä parametreja tässä ovat kynnysjännite ja on/off-virtasuhde, joihin tulisi pyrkiä.

Lähtöominaisuudet puolestaan ​​osoittavat nieluvirran ja nielujännitteen välisen suhteen eri hilajännitteen kiinteillä arvoilla. Kyllästys- ja lineaarialueet ovat erityisen tärkeitä tässä, koska ne ovat tärkeitä kanavan maksimijohtavuuden arvioinnissa.

OFET:ien materiaalit, usein orgaaniset polymeerit tai pienet molekyylit, kerrostetaan erilaisille alustoille, kuten lasille, muoville tai paperille. On tärkeää valmistella alustat perusteellisesti ennen materiaalin levittämistä kontaminoitumisen välttämiseksi. Sähköisten ominaisuuksien määrittämiset ovat myös keskeinen osa tutkimusprosessia.

Yhteenvetona voidaan todeta, että tutkimus osoittaa insinöörien ja tiedemiesten ratkaisevan roolin orgaanisten puolijohdemateriaalien kehittämisessä ja optimoinnissa. Tämän kaltainen työ Philipps University Marburgissa ja Max Planck -instituutissa voi voittaa teknologian mahdolliset esteet ja luoda perustan tuleville sovelluksille, kuten orgaanisten valodiodien (OLED) ja muiden optoelektronisten laitteiden kehittämiseen.