Органические полупроводники: один транзистор для всех целей

В мобильных телефонах, холодильниках, самолетах - транзисторы есть везде. Но они часто работают только в ограниченном диапазоне тока. Физики из Ludwig-Maximilians-Universitaet (LMU) в Мюнхене в настоящее время разработали органический транзистор, который прекрасно работает как при малых, так и при больших токах.

Транзисторы - это полупроводниковые устройства, которые контролируют напряжение и ток в электрических цепях. Чтобы снизить экономические и экологические издержки, электронные устройства должны стать меньше и эффективнее. Это относится прежде всего к транзисторам. В области неорганических полупроводников размеры ниже 100 нанометров уже являются стандартными. В этом отношении органические полупроводники не смогли за ними угнаться. Кроме того, их производительность в отношении транспорта заряда значительно хуже. Но органические структуры предлагают другие преимущества. Их можно легко напечатать в промышленном масштабе, стоимость материала ниже, и их можно прозрачно наносить на гибкие поверхности.

Томас Вайц (Thomas Weitz), профессор физического факультета LMU и член Инициативы по наносистемам в Мюнхене, и его команда интенсивно работают над оптимизацией органических транзисторов. В своей публикации в Nature Nanotechnology они описывают изготовление транзисторов с необычной структурой, которые являются крошечными, мощными и, прежде всего, универсальными. Тщательно подбирая небольшой набор параметров в процессе производства, они смогли спроектировать наноразмерные устройства для высоких или низких плотностей тока. Основное нововведение заключается в использовании нетипичной геометрии, которая также облегчает сборку наноскопических транзисторов.

«Нашей целью было разработать конструкцию транзистора, которая сочетает в себе способность проводить высокие токи, типичные для классических транзисторов, с работой при низком напряжении, необходимой для использования их в качестве искусственных синапсов», - говорит проф. Вайц. Благодаря успешной сборке и характеристике вертикальных органических полевых транзисторов с точно выбираемыми размерами и ионным затвором эта цель теперь достигнута.

Потенциальные области применения новых устройств включают в себя OLED и датчики, где требуются низкие напряжения, высокая плотность тока во включенном состоянии или большая крутизна. Особый интерес представляет их возможное использование в так называемых мемристивных элементах.

«Мемристоры можно рассматривать как искусственные нейроны, так как они могут использоваться для моделирования поведения нейронов при обработке электрических сигналов, - объясняет Вейц. - Благодаря точной настройке геометрии запоминающего устройства его можно применять в различных контекстах, таких как процессы обучения в искусственных синапсах». Исследователи уже подали заявку на патент устройства, что позволит им разработать новую архитектуру транзисторов для промышленного использования.