Транзистор впервые «напечатали» нанокристаллическими чернилами

В Пенсильванском университете (Penn State) инженеры разработали технологию изготовления транзисторов путем последовательного нанесения их компонентов в виде жидких нанокристаллических «чернил». В противоположность прежнему, этот процесс крайне прост, не нуждается в высоких температурах и вакуумном оборудовании и позволяет создавать транзисторы на пластиковой основе, подходящие для использования в гибких или носимых устройствах.

Коллектив под руководством профессора Чери Каган (Cherie Kagan), разработал библиотеку из четырёх типов чернил, представляющих собой взвесь в жидкости наночастиц приблизительно сферической формы, обладающих необходимыми для транзистора электрическими свойствами. Это были коллоидные растворы серебра (проводник), изолятора (оксид алюминия), полупроводника (селенид кадмия) и проводника с легирующей добавкой (смесь серебра с индием). Легирование полупроводящего слоя примесями позволяет контролировать тип используемых в нем носителей заряда — p или n.

Электрические свойства таких нанокристаллических чернил ранее были проверены в независимых исследованиях, однако до сих пор никому не удавалось продемонстрировать создание на их основе функционирующего транзистора.

Для этого гибкую пластиковую поверхность, обработанную с применением фотолитографической маски, сначала нанесли проводящие, серебряные чернила, очертив контуры электродов транзисторного затвора. Затем последовали слои изолятора и полупроводника, а под конец, тоже с помощью маски нанесли смесь серебра и индия, сформировав электроды источника и стока транзистора. Незначительное повышение температуры заставило легирующую добавку — индий — диффундировать из электродов в полупроводник.

«Главной трудностью при работе с материалами в растворах, было не смыть предыдущий слой при нанесении следующего, — рассказывает Каган. — Нам приходилось контролировать поверхность нанокристаллов дважды — сначала в растворе, а затем, после нанесения, чтобы убедиться, что они обладают требуемыми электрическими свойствами и удерживаются вместе, в нужной нам конфигурации».

В экспериментах, о которых сообщается в журнале Science, исследователи наносили полевые транзисторы на пластик методом центрифугирования, но в будущем для этого планируется задействовать аддитивные производственные системы, такие как 3D-принтеры.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365