Японські вчені освоїли технологію виробництва тонкоплівкового транзистора з органічного напівпровідника методом розтягування розчину по підкладці. Розподіляє розчин по субстрату прямокутне рухоме лезо, конструкція підкладки з комбінації ліофобних і ліофільних матеріалів не дозволяє розчину розтікатися, а самоорганізація молекул забезпечує однорідність структури плівки. Стаття опублікована в журналі.
Тонкоплівкові транзистори на основі неорганічних напівпровідників широко використовуються в сучасних гаджетах як елемент управління світлодіодним дисплеєм, але на зміну неорганічним напівпровідникам поступово приходять органічні. Органічні структури мають низку переваг, наприклад, з них можна легко виростити плівку великої площі. Технологічно процес виготовлення органічних напівпровідників простіший, звідси і потенційно нижча собівартість при масштабному виробництві.
Ключова характеристика транзистора - підпороговий розмах. Він визначає швидкість перемикання транзистора і енергоспоживання, а також здатність транзистора працювати при менших напругах. Чим підпороговий розмах менший - тим жвавіше працює транзистор. Попередні дослідження показали, що і тут органічні напівпровідники перевершують неорганічні і створюють різке перемикання при низьких робочих напругах. Головна вимога, яку пред'являють при виробництві до органічних верств - однорідність структури. Оскільки в приладі таких шарів кілька, то важливо мінімізувати ймовірність виникнення дефектів на кордоні розділу цих шарів, щоб дисплей майбутнього смартфона не деградував за пару років. Цих проблем можна уникнути, грамотно підібравши матеріали, конструкцію і спосіб виготовлення.
Ге Кітахара (Gyo Kitahara) з колегами з Токійського університету та Національного інституту передових наук і технологій застосували технологію керованого меніска - поверхневого шару рідини на кордоні розділу двох середовищ. Розчин напівпровідника подається між підкладкою і лезом, розташованим під великим кутом до підкладки і буквально розмазується за рахунок лінійного руху леза або підкладки. Однорідна структура формується за рахунок спрямованого руху і сил поверхневого натягнення рідини.
Сама технологія нанесення не нова, але вчені взяли за основу для майбутнього транзистора підкладку з ліофобного полімеру Cytop - що слабо взаємодіє з рідинами на молекулярному рівні. Cytop - перспективний діелектричний органічний полімер. Ліофобність забезпечує виразний кордон розділу двох матеріалів, що позитивно позначається на перемикаючих властивостях транзистора і його довговічності. Нанести на таку підкладку розчин органічного напівпровідника непросто - молекулам нема за що зачепитися, плівка не буде триматися. Дослідники внесли в конструкцію транзистора U-подібну ліофільну металеву пластину, окресливши таким чином кордон для органічного покриття. Плівка органічного напівпровідника кріпиться до ліофільного кордону, а потім, як мильна плівка, розтягується над ліофобним субстратом до іншого боку металевої рамки.
Методика дозволяє органічному розчину успішно триматися на металевій рамці, утворюючи в її межах надзвичайно тонке (5,2 нанометра) монокристалічне покриття. Вчені домоглися середнього показника 67 мілівольт на декаду серед 56 надрукованих транзисторів, з найнижчим показником 63 мілівольт на декаду.
Методика, запропонована вченими, допомагає розкрити гідності органічних матеріалів і полегшує виробництво транзисторів на їх основі. Їх дослідження ще на крок наближає нас до повсюдного впровадження органічних напівпровідників - нового етапу розвитку напівпровідникової електроніки. Органічні матеріали знаходять своє застосування не тільки в гаджетах. Торік фізики придумали, як реалізувати лазер на органічному світлодіоді.