Powstają jednokryształowe urządzenia organiczne umożliwiające operacje logiczne

Nowatorskie rozwiązania, które udało się uzyskać w ramach projektu PARADA, pozwoli na budowanie wysoce funkcjonalnych tranzystorów, pozwalających na wykonywanie operacji logicznych.

Organiczne urządzenia elektroniczne mogą zmienić oblicze technologii dzięki swojej wszechstronności, wybitnej efektywności kosztowej oraz niewielkiej masie, które wyróżniają je na tle konwencjonalnych rozwiązań. Dzięki procesowi wytwarzania z powszechnie dostępnych i mniej toksycznych materiałów, tego rodzaju urządzenia znacznie lepiej sprawdzą się w zastosowaniach wymagających elastyczności i możliwości adaptacji do dużych powierzchni. Materiały organiczne mogą być wykorzystywane między innymi do taniego drukowania obwodów elektronicznych. Organiczne diody elektroluminescencyjne (OLED), organiczne tranzystory polowe (OFET) oraz organiczne ogniwa fotowoltaiczne pozostają jak do tej pory największymi osiągnięciami elektroniki organicznej. Transport ładunków jest niezwykle ważną koncepcją opisującą zasady działania oraz parametry półprzewodników organicznych. W zależności od tego, czy większość nośników ładunku w krysztale to dziury elektronowe o ładunku dodatnim bądź elektrony o ładunku ujemnym, półprzewodniki dzielą się na dwa typy określane literami p i n. Zastosowanie półprzewodników zarówno typu p jak i n jest niezwykle ważne z punktu widzenia urządzeń logicznych wykorzystywanych w układach elektronicznych. Naukowcom skupionym wokół projektu PARADA udało się uzyskać równoległe jednokryształowe pasy półprzewodników typu p i n w ramach prac nad stworzeniem jednokryształowego tranzystora będącego w stanie wykonywać operacje logiczne. Urządzenia elektroniczne wykorzystujące jednokryształowe tranzystory charakteryzują się niezwykle cennymi właściwościami – wysoką mobilnością nośnika ładunku, niską koncentracją wad oraz wysoką stabilnością działania. W ramach prac nad projektem finansowanym z działania „Maria Skłodowska-Curie” badaczom udało się zademonstrować wiele nowatorskich rozwiązań. Hodowanie krystalicznych półprzewodników Hodowanie jednokryształowych półprzewodników organicznych będących w stanie przenosić elektrony bądź dziury elektronowe nie jest nowym osiągnięciem. Przykładem może być proces produkcji tranzystorów OFET, który wymaga oddzielnego osadzania i wzorcowania dwóch różnych materiałów półprzewodnikowych dla każdego rodzaju tranzystora. Proces ten wymaga doboru najlepszych półprzewodników pod względem rozmiaru i kształtu. Co więcej, półprzewodniki typu n i p muszą charakteryzować się podobnymi właściwościami elektronicznymi. Innymi słowy, proces jest niezwykle żmudny i przypomina bardziej pracę rzemieślniczą. Półprzewodniki umożliwiające ambipolarny transport ładunków mogą w znaczący sposób pomóc w rozwiązaniu problemów związanych z ich produkcją. Opracowana przez badaczy koncepcja zakłada wprowadzanie oraz transportowanie elektronów i dziur elektronowych w ramach pojedynczej warstwy półprzewodnikowej. Badacze skupieni wokół projektu PARADA skoncentrowali się na przetwarzaniu półprzewodników typu p i n przy użyciu wydajnej metody produkcji cienkich warstw niewykorzystującej rozpuszczalnika. – Pomimo że w ostatnim czasie pojawiła się olbrzymia liczba badań na temat kierunkowej krystalizacji cienkowarstwowych półprzewodników organicznych wyrastających ze stopu, dotychczas badacze zdawali się ignorować temat hodowli krystalicznych mieszanin półprzewodnikowych. Zespół projektu PARADA skutecznie wykazał, że kierunkowa hodowla krystalicznych mieszanin półprzewodnikowych pozwala na wytwarzanie półprzewodników krystalicznych – zauważa Guangfeng Liu, badacz i koordynator projektu PARADA. Kontrola separacji faz w organicznej mieszaninie donorowo-akceptorowej oraz gradient temperatur mają kluczowy wpływ na tempo przyrastania kryształów. Badacze dokładnie zbadali stany stopu i krystaliczne półprzewodników organicznych za pomocą techniki kalorymetrii oraz krystalografii rentgenowskiej w celu określenia najlepszego połączenia półprzewodników typu p i n. W ramach prac nad uzyskaniem równoległych pasm półprzewodników typu p i n na podłożu szklanym naukowcy musieli stawić czoła nieoczekiwanemu problemowi – powstawaniu pęknięć w monokryształach. W celu jego rozwiązania zdecydowali się na pokrycie szklanego podłoża miękką warstwą dielektryczną wykonaną z gumy. Wydajne, elastyczne i drukowane urządzenia elektroniczne nowej generacji Ze względu na pandemię COVID-19 nie udało się zakończyć etapu wytwarzania i badania tranzystorów OFET opartych na uzyskanych warstwach krystalicznych. – Wyniki uzyskane w ramach badań zespołu PARADA mogą ożywić obszar badań nad półprzewodnikami organicznymi wykorzystywanymi w urządzeniach wykonujących operacje logiczne. Tranzystory OFET pozwalają na produkcję niedrogich i elastycznych urządzeń elektronicznych, takich jak płaskie ekrany, karty RFID czy powłoki elektroniczne. W przypadku tego rodzaju urządzeń konieczne jest opracowanie układów logicznych zużywających mniej energii – podsumowuje Liu. Źródło: CORDIS