नैनोस्ट्रक्चरर्ड गेट डाइलेक्ट्रिक कार्बनिक पतली फिल्म ट्रांजिस्टर की स्थिरता को बढ़ावा देता है

CSEM - कार्बनिक पतला फिल्मी ट्रांजिस्टर (जुलाई 2019).

Anonim

एक नैनोस्ट्रक्चर गेट डाइलेक्ट्रिक ने पतली फिल्म ट्रांजिस्टर के लिए जैविक अर्धचालक के उपयोग को बढ़ाने के लिए सबसे महत्वपूर्ण बाधा को संबोधित किया होगा। दो धातु ऑक्साइड सामग्रियों से बने नैनोलामिनेट के बाद फ्लोरोपाइमर परत से बना संरचना, गेट डाइलेक्ट्रिक के रूप में कार्य करती है और साथ ही जैविक अर्धचालक की रक्षा करती है - जो पहले परिवेश पर्यावरण से क्षति के लिए कमजोर थी - और ट्रांजिस्टर को अभूतपूर्व के साथ संचालित करने में सक्षम बनाता है स्थिरता।

नई संरचना पतली फिल्म ट्रांजिस्टर स्थिरता देता है जो अकार्बनिक पदार्थों से बना है, जिससे उन्हें परिवेश की परिस्थितियों में भी संचालित किया जा सकता है - यहां तक ​​कि पानी के नीचे भी। कार्बनिक पतली फिल्म ट्रांजिस्टर को इंकजेट प्रिंटिंग जैसी तकनीकों का उपयोग करके विभिन्न प्रकार के लचीले सबस्ट्रेट्स पर कम तापमान पर निष्पक्ष रूप से बनाया जा सकता है, संभावित रूप से नए अनुप्रयोगों को खोलना जो सरल, योजक फैब्रिकेशन प्रक्रियाओं का लाभ उठाते हैं।

जॉर्जिया टेक स्कूल ऑफ इलेक्ट्रिकल और यूसुफ एम। पेटीटाइट प्रोफेसर बर्नार्ड किप्लेन ने कहा, "हमने अब एक ज्यामिति साबित कर दी है जो जीवन भर के प्रदर्शन को जन्म देती है कि पहली बार यह पता चलता है कि जैविक सर्किट परंपरागत अकार्बनिक प्रौद्योगिकियों के साथ उत्पादित उपकरणों के रूप में स्थिर हो सकते हैं।" कंप्यूटर इंजीनियरिंग (ईसीई) और जॉर्जिया टेक सेंटर फॉर ऑर्गेनिक फोटोनिक्स एंड इलेक्ट्रॉनिक्स (सीओपीई) के निदेशक। "यह कार्बनिक पतली फिल्म ट्रांजिस्टर के लिए टिपिंग प्वाइंट हो सकता है, कार्बनिक-आधारित प्रिंट करने योग्य उपकरणों की स्थिरता के बारे में लंबे समय से चिंताओं को संबोधित करता है।"

12 जनवरी को विज्ञान अग्रिम पत्रिका में शोध की सूचना मिली थी। शोध सीओपीई के भीतर 15 वर्षों के विकास की समाप्ति है और नौसेना अनुसंधान कार्यालय, वैज्ञानिक अनुसंधान के वायुसेना कार्यालय और राष्ट्रीय परमाणु सुरक्षा प्रशासन सहित प्रायोजकों द्वारा समर्थित किया गया था।

ट्रांजिस्टर में तीन इलेक्ट्रोड होते हैं। स्रोत और नाली इलेक्ट्रोड "चालू" राज्य बनाने के लिए वर्तमान पास होते हैं, लेकिन केवल जब गेट इलेक्ट्रोड पर वोल्टेज लागू होता है, जो एक पतली ढांकता हुआ परत द्वारा जैविक अर्धचालक पदार्थ से अलग होता है। जॉर्जिया टेक में विकसित आर्किटेक्चर का एक अनूठा पहलू यह है कि यह ढांकता हुआ परत दो घटकों, फ्लोरोपॉलिमर और धातु-ऑक्साइड परत का उपयोग करता है।

एक वरिष्ठ शोध वैज्ञानिक और कागज के सह-लेखक कैनेक फुएंटेस-हर्नान्डेज़ ने कहा, "जब हमने पहली बार इस आर्किटेक्चर को विकसित किया था, तो यह धातु ऑक्साइड परत एल्यूमीनियम ऑक्साइड था, जो नमी से क्षति के लिए अतिसंवेदनशील है।" "जॉर्जिया टेक प्रोफेसर सैमुअल ग्राहम के सहयोग से काम करते हुए, हमने जटिल नैनोलामिनेट बाधाएं विकसित कीं जिन्हें 110 डिग्री सेल्सियस से नीचे तापमान पर बनाया जा सकता था और जब गेट डाइलेक्ट्रिक के रूप में उपयोग किया जाता है, तो ट्रांजिस्टर को उबलते बिंदु के पास पानी में डुबोने के लिए सक्षम किया जाता है।"

नई जॉर्जिया टेक आर्किटेक्चर एल्यूमीनियम ऑक्साइड और हैफनियम ऑक्साइड की वैकल्पिक परतों का उपयोग करता है - एक की पांच परतें, फिर दूसरी परत की परतें, फ्लोरोपॉलिमर के ऊपर 30 बार दोहराई जाती है - ढांकता हुआ बनाने के लिए। ऑक्साइड परतों परमाणु परत जमावट (एएलडी) के साथ उत्पादित होते हैं। नैनोलामाइनेट, जो लगभग 50 नैनोमीटर मोटा होता है, आर्द्रता के प्रभावों के प्रति लगभग प्रतिरक्षा है।

फ्यूएंट्स-हर्नान्डेज़ ने कहा, "जबकि हमें पता था कि इस आर्किटेक्चर ने अच्छी बाधा गुणों को जन्म दिया है, हम इस बात से उड़ाए गए थे कि कैसे नए ट्रांजिस्टर ने नए वास्तुकला के साथ संचालित किया।" "इन ट्रांजिस्टर का प्रदर्शन लगभग अपरिवर्तित रहा, भले ही हमने उन्हें सैकड़ों घंटों तक और 75 डिग्री सेल्सियस के ऊंचे तापमान पर संचालित किया। यह अब तक का सबसे स्थिर जैविक-आधारित ट्रांजिस्टर था जिसे हमने कभी बनाया था।"

प्रयोगशाला प्रदर्शन के लिए, शोधकर्ताओं ने एक गिलास सब्सट्रेट का उपयोग किया, लेकिन कई अन्य लचीली सामग्री - पॉलिमर और यहां तक ​​कि कागज सहित - भी इस्तेमाल किया जा सकता है।

प्रयोगशाला में, शोधकर्ताओं ने नैनोलामिनेट का उत्पादन करने के लिए मानक एएलडी विकास तकनीकों का उपयोग किया। लेकिन नई प्रक्रियाओं को स्थानिक एएलडी के रूप में जाना जाता है - पूर्ववर्ती वितरित नोजल के साथ कई सिर का उपयोग करना - उत्पादन में तेजी लाने और उपकरणों को आकार में बढ़ाया जा सकता है। Kippelen ने कहा, "एएलडी अब परिपक्वता के एक स्तर तक पहुंच गया है जिस पर यह एक स्केलेबल औद्योगिक प्रक्रिया बन गया है, और हमें लगता है कि यह कार्बनिक पतली फिल्म ट्रांजिस्टर के विकास में एक नए चरण की अनुमति देगा।"

ट्रांजिस्टर के लिए एक स्पष्ट अनुप्रयोग है जो आईफोन एक्स और सैमसंग फोन जैसे उपकरणों में कार्बनिक लाइट-उत्सर्जक डिस्प्ले (ओएलडीडी) में पिक्सल को नियंत्रित करता है। इन पिक्सल को पारंपरिक अकार्बनिक सेमीकंडक्टर्स के साथ निर्मित ट्रांजिस्टर द्वारा नियंत्रित किया जाता है, लेकिन नए नैनोलामाइनेट द्वारा प्रदान की गई अतिरिक्त स्थिरता के साथ, उन्हें संभवतः प्रिंट करने योग्य कार्बनिक पतली फिल्म ट्रांजिस्टर के साथ बनाया जा सकता है।

चीजों का इंटरनेट (आईओटी) डिवाइस नई तकनीक द्वारा सक्षम फैब्रिकेशन से लाभ भी प्राप्त कर सकता है, जिससे इंकजेट प्रिंटर और अन्य कम लागत वाली प्रिंटिंग और कोटिंग प्रक्रियाओं के साथ उत्पादन की इजाजत मिलती है। नैनोलामिनेट तकनीक सस्ती पेपर-आधारित उपकरणों जैसे कि स्मार्ट टिकटों के विकास की अनुमति भी दे सकती है, जो कम लागत वाली प्रक्रियाओं के माध्यम से कागज पर बने एंटेना, डिस्प्ले और मेमोरी का उपयोग करती हैं।

लेकिन सबसे नाटकीय अनुप्रयोग बहुत बड़े लचीले डिस्प्ले में हो सकते हैं जिन्हें उपयोग में नहीं होने पर लुढ़काया जा सकता है।

Kippelen ने कहा, "हम बेहतर छवि गुणवत्ता, बड़े आकार और बेहतर संकल्प मिलेगा, " Kippelen ने कहा। "चूंकि ये स्क्रीन बड़ी हो जाती हैं, पारंपरिक डिस्प्ले का कठोर रूप कारक एक सीमा होगी। कम प्रोसेसिंग तापमान कार्बन आधारित तकनीक स्क्रीन को लुढ़कने की अनुमति देगी, जिससे इसे आसानी से ले जाना आसान हो जाता है और नुकसान के लिए कम संवेदनशील होता है।

उनके प्रदर्शन के लिए, किप्पेलन की टीम - जिसमें ज़ियाओजिया जिया, चेंग-यिन वांग और यूनग्रक पार्क भी शामिल हैं - ने एक मॉडल जैविक अर्धचालक का उपयोग किया। सामग्री में जाने-माने गुण हैं, लेकिन वाहक गतिशीलता मान 1.6 सेमी 2 / वीएस के साथ सबसे तेज़ उपलब्ध नहीं है। अगले चरण के रूप में, वे शोधकर्ता अपने कार्बनिक सेमीकंडक्टर्स पर अपनी प्रक्रिया का परीक्षण करना चाहते हैं जो उच्च चार्ज गतिशीलता प्रदान करते हैं। वे अलग-अलग झुकाव स्थितियों के तहत नैनोलामाइन का परीक्षण जारी रखने की योजना बनाते हैं, लंबे समय तक, और अन्य डिवाइस प्लेटफॉर्म जैसे फोटोडेटेक्टरों में।

हालांकि कार्बन आधारित इलेक्ट्रॉनिक्स अपनी डिवाइस क्षमताओं का विस्तार कर रहे हैं, सिलिकॉन जैसी पारंपरिक सामग्री के डरने के लिए कुछ भी नहीं है।

Kippelen ने कहा, "जब यह उच्च गति की बात आती है, तो सिलिकॉन या गैलियम नाइट्राइड जैसी क्रिस्टलीय सामग्री निश्चित रूप से एक उज्ज्वल और बहुत लंबा भविष्य होगा।" "लेकिन कई भावी मुद्रित अनुप्रयोगों के लिए, नवीनतम कार्बनिक सेमीकंडक्टर का संयोजन उच्च चार्ज गतिशीलता और नैनोस्ट्रक्चरर्ड गेट डाइलेक्ट्रिक के साथ एक बहुत ही शक्तिशाली डिवाइस तकनीक प्रदान करेगा।"

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