Tranzistoriai, galintys sustiprinti, valdyti ar perjungti elektroninius signalus ar elektros srovę, yra pagrindiniai praktiškai visų elektronikos prietaisų komponentai. Tranzistoriai gali būti pagaminti naudojant įvairias neorganines ir organines puslaidininkines medžiagas.
Metalo nanodalelių plėvelės pagrindu pagaminto tranzistoriaus schema ir vaizdas per elektroninį mikroskopą.
Metalai paprastai laikomi netinkamais tranzistorių gamybai, nes jie ekranuoja elektrinius laukus ir todėl juos naudoti elektronikos komponentams, kurių elektros laidumą būtų galima valdyti, yra sudėtinga. Viena iš technologijų kurti elektroninius komponentus metalų pagrindu – naudoti jonų gradientus metalinių nanodalelių plėvelėse, kuriuose būtų suformuoti organiniai metalo-jono kompleksai.
Inžinieriai jau sėkmingai naudoja šį metodą, kurdami įvairius komponentus, pradedant rezistoriais ir baigiant diodais bei jutikliais. Bet jų elektrinio laidumo moduliavimas pasirodė esanti sunkiai įveikiama užduotis. Tačiau kelių mokslinių tyrimų institutų Kinijoje tyrėjai neseniai pristatė naują technologiją, pagrįstą metalo nanodalelėmis, kuri leistų sukurti tranzistorius ir logines grandines su reguliuojamu elektros laidumu.
„Mes parodėme, kad tranzistorius ir logines grandines galima sukurti iš plonų aukso nanodalelių plėvelių, naudojant dinaminius jonų gradientus, sukuriamus netradicinės penkių elektrodų sistemos. Tokie tranzistoriai sugeba 400 kartų padidinti elektrinį laidumą ir, derinant juos su metalo nanodalelių diodais ir rezistoriais, gali būti naudojami loginių elementų NOT, NAND ir NOR gamybai“, – teigia mokslininkai savo darbe.
Ankstesni tyrimai parodė, kad loginės grandinės, pagamintos iš metalo nanodalelių, yra žymiai lėtesnės nei silicio pagrindu pagaminti komponentai. Nepaisant to, jos taip pat turi ir daugybę naudingų savybių. Pavyzdžiui, gali veikti drėgnose aplinkose, jos gali būti lanksčios ir atlaikyti elektrostatinius išlydžius.
Eksperimentiniai rezultatai teikia daug vilčių – tokių tranzistorių prototipai pasirodė esantys perspektyvūs tiek efektyvumu, tiek elektros laidumo keitimo diapazonu.
Kurdami šį tranzistorių, tyrėjai suformavo elektrodus ant lanksčios polietileno tereftalato (PET) plėvelės. Pasirodė, kad tokios nanodalelių dangos, nusodintos ant lanksčių pagrindų, gerai veikia, net jie šios struktūros yra ištempiamos arba deformuojamos.
„Nors toks puslaidininkis komponentas yra apribotas nedidele įtampa, tačiau turi pakankamą veikimo greitį, kurį dar būtų galima ir padidinti“, – savo darbe teigia tyrėjai. „Mes parodėme, kad metalo nanodalelių dioduose, kai atstumai, kuriuose susidaro jonų gradientai, yra maždaug 1 μm, perjungimo laikas gali būti milisekundės. Panašų greitį turi būti galima pasiekti ir tranzistorių architektūrai, tačiau reikės mažinti jų dydį ir naudoti pažangesnes plėvelių formavimo technologijas, kurių neturi mūsų akademinė laboratorija.“
Šio tyrimo rezultatai publikuoti „Nature Electronics“ straipsnyje.
Transistors and logic circuits based on metal nanoparticles and ionic gradients. Nature Electronics(2021). DOI: 10.1038/s41928-020-00527-z.
Daugiau:
Lustas su trilijonu tranzistorių pasiekė greičio rekordą
Optoelektronikos revoliucija veda organinio lazerio link