Izrāviens organiskajā elektronikā: pētnieki atklāj slepenus trūkumus!

Izrāviens organiskajā elektronikā: pētnieki atklāj slepenus trūkumus!

Pētījumi Marburgas Filipsas universitātē un Maksa Planka Cietvielu fizikas institūtā Štutgartē ir panākuši ievērojamu progresu organiskās elektronikas jomā. Jo īpaši uzmanība tiek pievērsta virsmas defektiem, tā sauktajiem “slazdu stāvokļiem”, kas būtiski ietekmē strāvas transportēšanu organiskā lauka efekta tranzistoros (OFET). Šo pētījumu ietvaros tika konstatēts, ka tranzistoriem bez hidroksilgrupām uz izolatora slāņa ir labākas elektronu un caurumu transportēšanas īpašības. Šis pārsteidzošais atklājums ir pretrunā iepriekšējiem pieņēmumiem, ka var tikt traucēta tikai elektronu transportēšana. Šie rezultāti tika publicēti žurnālā “Advanced Materials”.

Pētnieki izmanto modernas fizikālās metodes, piemēram, rentgenstaru difrakciju un atomu spēka mikroskopiju, lai veiktu mērķtiecīgus materiālu un saskarņu pētījumus. Tas ir ļoti svarīgi, lai uzlabotu organisko tranzistoru veiktspēju, jo īpaši tādās lietojumprogrammās kā elastīgi displeji un valkājama elektronika. Saskarņu tīrība un pasivēšana ir kļuvusi par galveno faktoru, lai labāk izprastu, kā šie tranzistori darbojas. Iepriekšējie mērījumi bieži tika veikti normālos vides apstākļos, piemēram, mitruma un skābekļa apstākļos, kas izkropļoja iegūtos datus. Labāka izpratne varētu ne tikai uzlabot OFET veiktspēju, bet arī to uzticamību.

Dielektriķa, mobilitātes un kontaktpretestības ietekme

OFET darbību būtiski ietekmē dažādi faktori, kas ir optimāli jāsaskaņo kombinācijā. Tie ietver dielektrisko kapacitāti, lādiņa nesēju mobilitāti, kontakta pretestību un vadītspēju. Piemēram, lielāka dielektriskā kapacitāte nodrošina labāku vadītspēju kanālā konkrētam vārtu spriegumam.

Galvenā loma ir arī kravas nesēju mobilitātei. Tas norāda, cik viegli elektroni vai caurumi var plūst caur pusvadītāju kanālu. Lielāka mobilitāte ne tikai uzlabo reakciju uz vārtu sprieguma izmaiņām, bet arī ir būtiska veiktspējai augstfrekvences lietojumos. Kontakta pretestība arī jāuzskata par kritisku problēmu, jo tā ietekmē efektīvu lādiņa ievadīšanu un ekstrakciju. Augsta kontaktu pretestība var izraisīt sprieguma kritumus, kas ietekmē vispārējo veiktspēju.

OFET raksturojums un testēšanas metodes

Organiskā lauka efekta tranzistoru raksturojums tiek veikts, izmantojot divus primāros mērījumu veidus: pārneses un izejas raksturlielumus. Ar pārvades raksturlielumiem drenāžas strāva tiek attēlota pret aizbīdņa spriegumu ar nemainīgu drenāžas spriegumu. Šeit svarīgi parametri ir sliekšņa spriegums un ieslēgšanas/izslēgšanas strāvas attiecība, uz kuru jātiecas.

No otras puses, izejas raksturlielumi parāda saikni starp drenāžas strāvu un drenāžas spriegumu dažādām fiksētām aizbīdņa sprieguma vērtībām. Piesātinājuma un lineārās zonas šeit ir īpaši svarīgas, jo tās ir svarīgas kanāla maksimālās vadītspējas novērtēšanai.

OFET materiāli, bieži vien organiskie polimēri vai mazas molekulas, tiek uzklāti uz dažādiem substrātiem, piemēram, stikla, plastmasas vai papīra. Pirms materiāla uzklāšanas ir svarīgi rūpīgi sagatavot pamatnes, lai izvairītos no piesārņojuma. Testi elektrisko īpašību noteikšanai ir arī izpētes procesa centrālā daļa.

Kopumā pētījums parāda inženieru un zinātnieku izšķirošo lomu organisko pusvadītāju materiālu izstrādē un optimizēšanā. Šāds darbs Filipsas universitātē Mārburgā un Maksa Planka institūtā var pārvarēt iespējamos šķēršļus tehnoloģijā un radīt pamatu turpmākiem lietojumiem, piemēram, organisko gaismas diožu (OLED) un citu optoelektronisko ierīču izstrādē.