ساخت نسل جدید ترانزیستور‌های هیبریدی

سرویس آموزش و آزمون برق نیوز، در سال‌های اخیر ترانزیستور‌هایی که روکش نازکی از اکسید فلز دارند و به اختصار به آن‌ها TFT می‌گویند به طور گسترده‌ای به کار برده می‌شوند. این ترانزیستور‌ها را با قرار دادن لایه‌های نازکی از یک ماده نیمه رسانای حاوی اکسید فلزی فعال روی یک بستر حائل می‌سازند.

آن‌ها به ویژه در ساخت صفحه نمایش‌های دارای دیود‌های نورافشان که همه با نام ال‌ای دی (LED) می‌شناسند کاربرد دارند. بیشتر وسایلی که این ترانزیستور‌ها درونشان تعبیه شده و در حال حاضر در بازار خرید و فروش می‌شوند دارای اکسید فلزی هستند که با تکنیک انباشت به روش تبخیر فیزیکی پرداخته شده اند. مطالعات اخیر نشان داده اند که راه‌های کم هزینه تری برای ساخت ترانزیستور‌های TFT وجود دارند. یکی از این روش‌ها استفاده از فرایند‌های مبتنی بر محلول است.

 

اما ترانزیستور‌هایی که به دنبال این فرایند‌ها تولید می‌شوند هدایت انتقالی پایین و عملکرد نسبتاً بی ثباتی دارند. پژوهشگران دانشگاه آکسفورد و برخی دیگر از مراکز علمی‌دنیا به تازگی موفق شده اند با به کارگیری روش‌های مبتنی بر انباشت محلول، ترانزیستور‌های اکسیدی با تحرک بالای الکترون و پایدار در عملکرد تولید کنند. آن‌ها در مطالعه‌ای که به انجام رساندند از مجرا‌های چندلایه‌ای پردازش شده با محلول استفاده کردند. مجرا‌ها از لایه‌های فوق العاده نازک اکسید ایندیم، نانوذرات اکسید روی، پلیمر اوزونی شده‌ای به نام «پلی استایرن» و اکسید روی فشرده تشکیل شده بودند. این کار در جهت رفع اشکالی بود که ترانزیستور‌های TFT از بدو اختراعشان با آن مواجه بودند، یعنی نبود پایداری در عملکرد. این اشکال مربوط به خواص موادی بود که در میزان رسانایی و هدایت الکترونی نیمه رسانا‌های اکسیدی نقش داشتند. وجود چنین اشکالی عمر وسیله برقی را طی کارکرد طولانی مدت کم می‌کند.

رویکرد تازه پژوهشگران در تولید ترانزیستور‌های اکسیدی TFT هم ساده است و هم مؤثر. یکی از مزایای عمده این رویکرد این است که با کمک مواد ارزان قیمت قابل پردازش در محلول انجام می‌شود؛ موادی مثل نیترات ایندیم، پودر اکسید روی، نانوذرات اکسید روی و نانوذرات اکسید رویی که آلومینیوم به آن‌ها تزریق شده. مزیت دیگر ترانزیستور‌های اکسیدی فلزی ـ ارگانیک این است که با توجه به این که در دمای ۲۰۰ درجه سانتی گراد ساخته می‌شوند، می‌توان آن‌ها را روی بستر‌های نرمی‌مثل انواع پلیمر‌ها و کاغذ نیز تولید کرد. پژوهشگران به دنبال آزمایش‌هایی که در سخت‌ترین شرایط روی ترانزیستور‌های ساخته شده خود انجام دادند دریافتند که آن‌ها از بالاترین درجه ثبات در عملکرد برخوردار هستند. برای مثال، ۲۴ ساعت مداوم با بیشترین میزان جریان الکتریکی کار کردند و هیچ اشکالی در آن‌ها مشاهده نشد.

این ترانزیستور‌های هیبریدی جدید که دو ویژگی اکسیدی فلزی و ارگانیک را دارند در آینده موجب توسعه الکترونیک انعطاف پذیر خواهند شد. در حقیقت، تولید نیمه رسانا‌های اکسیدی در مقایسه با دیگر مواد پردازش شده در محلول آسان‌تر است و نسبت به فناوری‌های رقیب عملکرد الکتریکی بهتری دارند. برای مثال، نیمه رسانا‌های اکسیدی راحت‌تر ساخته می‌شوند و بهتر از مواد دو بعدی پردازش شده در محلول عمل می‌کنند. سازندگان این ترانزیستور‌های هیبریدی قصد دارند دامنه کاربرد‌های مجرا‌های چند لایه نیمه رسانای اکسیدی ارگانیک خود را گسترش دهند و آن‌ها را در دیگر وسایل برقی و برقی ـ نوری مثل دیود‌هایی با فرکانس رادیویی و آشکارساز‌های نوری به کار ببرند، چون هم کارکرد خیلی خوبی دارند و هم از ثبات عملکردی بالایی برخوردار هستند.

 

منبع: اتوماسیون 24