Телефон: 8-800-350-22-65
WhatsApp: 8-800-350-22-65
Прием заявок круглосуточно
График работы офиса: с 9.00 до 18.00 Нск (5.00 - 14.00 Мск)

Статья опубликована в рамках: XLV Международной научно-практической конференции «Научное сообщество студентов XXI столетия. ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ» (Россия, г. Новосибирск, 10 октября 2016 г.)

Наука: Физика

Скачать книгу(-и): Сборник статей конференции

Библиографическое описание:
Белоедов А.С., Корниенко А.Ю. ОРГАНИЧЕСКИЕ ТРАНЗИСТОРЫ: НАСТОЯЩЕЕ И БУДУЩЕЕ // Научное сообщество студентов XXI столетия. ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ: сб. ст. по мат. XLV междунар. студ. науч.-практ. конф. № 9(44). URL: https://sibac.info/archive/nature/9(44).pdf (дата обращения: 20.01.2022)
Проголосовать за статью
Конференция завершена
Эта статья набрала 123 голоса
Дипломы участников
У данной статьи нет
дипломов

ОРГАНИЧЕСКИЕ ТРАНЗИСТОРЫ: НАСТОЯЩЕЕ И БУДУЩЕЕ

Белоедов Александр Сергеевич

студент, кафедра ИИТ, филиал УГАТУ, г. Кумертау

Корниенко Алексей Юрьевич

студент, кафедра ИИТ, филиал УГАТУ, г. Кумертау

Научный руководитель Авдонина Надежда Алексеевна

к.т.н, доцент ЕНиОТД, филиал УГАТУ в г. Кумертау

Как известно, органика – это вещество, в основу которого входит углерод (за исключением карбидов, угольной кислоты, карбонатов, оксидов углерода и цианидов), а также водород, фосфор, сера, кислород [6, с. 335].

В настоящее время ввиду поисков более экономичных и экологически безопасных видов материалов, органика служит эпицентром научных исследований. Так органические соединения нашли свое применение в такой области науки как электроника.

Органическая электроника – область материальной науки о строении органических молекул или полимеров, которые обладают таким свойством, как электропроводность [4]. Она является плацдармом, открывающим новые возможности для применения органических электропроводников и полупроводников. Такие полупроводники имеют достаточно большой потенциал в наноэлектронике.

Основу таких электронных элементов и устройств, как полевые транзисторы, электролюминесцентные диоды, датчики, запоминающие устройства, фотоэлементы, а также дисплеи и солнечные батареи могут составлять органические соединения и их производные. Вследствие чего возникает интерес к органическим соединениям, поскольку они проявляют достаточно высокую электропроводность.

Транзисторы являются неотъемлемой частью современной электротехники. На их основе строится транзисторная логика цифровых базовых элементов интегральных схем.

Транзистор полевой (униполярный) – это активный полупроводниковый прибор, в котором выходное упорядоченное движение заряженных электрических частиц управляют с помощью электрического поля [1].

В полимерных полупроводниках молекулярные цепи слабо упорядочены. Заряды переносятся между локализованными состояниями в органических полупроводниках посредством прямого туннелирования, либо перепрыгивания с одного состояния на другое.

На рисунке 1 представлены два способа переноса заряда между локализованными состояниями.

Рисунок 1. Два способа переноса заряда между локализованными состояниями: А) Перепрыгивание носителя заряда при получении достаточной энергии для преодоления энергии активации EA, и В) прямое туннелирование.

 

Одной из основных характеристик полевых транзисторов является подвижность зарядов μ.

Подвижностью частицы называют дрейфовую скорость, приобретаемую частицей под действием постоянного электрического поля: v=μE, [μ]=см2/В·с [5, с. 182]. Для того, чтобы органические тонкопленочные полевые транзисторы (ОТПТ) могли конкурировать с кремниевыми полупроводниками  в электронных устройствах, подвижность (μ) должна быть порядка 0,5 см2/В·с или выше [3, с. 16-18]. Наибольшее значения подвижности зарядов для органических транзисторов характерно для рубрена: μ=20-40 см2/В·с [8, с. 2-5]. Однако рубрен не годится для массового производства, поскольку он нерастворим. Интерес представляют материалы, которые позволят делать ОТПТ дешево и в промышленных масштабах.

Варианты различных конфигураций исполнений органических транзисторов приведены на рисунке 2. Все они имеют: исток (источник носителей тока), затвор (управляющий электрод) и сток (электрод, куда стекают носители).

Контакты исток-сток транзистора могут быть выполнены по одной из двух схем: верхнее а) или нижнее расположение б). То же самое справедливо и для затвора в), г).

а)   б)

в)      г)

Рисунок 2. Варианты различных конфигураций органических транзисторов. И – исток; С – сток; П/п – полупроводник; З – затвор.

 

Полевой транзистор по конструкции напоминает плоский конденсатор, состоящий из двух обкладок: одна обкладка – это проводящий канал между двумя контактами (исток и сток), а другая – затвор, управляющий плотностью носителей зарядов в канале, и, как следствие, током [7, с. 1]. Отличительной особенностью органических полевых транзисторов является то, что в качестве полупроводника в них используется органическое вещество – полианилин, фуллерен, рубрен.

Совокупность полианилинов, фуллеренов и их производных дают большой прорыв в создании органических электронных и наноэлектронных устройств, таких как пленочные полевые транзисторы, сенсоры, солнечные батареи и фотоэлементы.

До 90-х годов прошлого века была разработана технология изготовления органических транзисторов. На рисунке 3 показана эта схема изготовления полимерных транзисторов.

Рисунок 3. Схема изготовления органических транзисторов

 

Первый этап заключался в помещении на субстрат из кремния (Si) электрода затвора. Далее на выращенный слой изолятора (SiO2) толщиной 20 нм фотолитографическим способом осаждались электроды исток-сток. На третьем этапе размещался слой органического полупроводника с помощью отливки. Для защиты полупроводника от фотоокисления наносился слой фоторезиста.

Данная технология производства является малоэффективной, т.к. является довольно сложной и многоэтапной. Это позволяет задуматься о совершенствовании технологий нанесения полимерных слоев с контролируемой толщиной и заданной морфологией, с требуемыми электрофизическими свойствами на различные типы подложек.

Эта задача является довольно сложной, поскольку полианилин, как и другие электропроводящие полимеры, практически нерастворим, поэтому обычно применяемые технологии нанесения слоев из раствора для него неприменимы.

Новый процесс изготовления появился уже к концу 90-х, позволяющий изготовлять органические транзисторы печатным способом. Схема этого процесса показана на рисунке 4.

Рисунок 4. Методика изготовления органических транзисторов печатным способом

 

Основой данного метода является печать с помощью трафаретных масок. Органический полупроводник, подверженный растворению, осаждается на поверхность субстрата. Таким образом, образуется тонкая пленка полупроводника за счет испарения растворителя. Следовательно, в данном методе при создании одного слоя требуется только один шаг, в отличие от предыдущего метода.

В настоящее время разрабатывается технология производства транзисторов на основе коллоидных нанокристаллических растворов при помощи печати на 3D-принтере [2]. Суть данного метода заключатся в применении аддитивного производства для создания транзисторов.

К достоинствам такого метода относится:

1. Технологическая простота;

2. Возможность обработки при невысоких температурах;

3. Возможность изготовления без вакуумных камер.

Струйная 3D-печать полупроводниковых устройств становится возможной благодаря способности напыляться органических материалов на субстрат. В свою очередь, 3D-печать транзисторов на гибких полимерных субстратах откроет новые возможности в создании портативных, носимых электронных устройств.

 

Список литературы:

  1. Полевые транзисторы [электронный ресурс] – Режим доступа. – URL: http://electrono.ru/poluprovodnikovye-pribory/polevye-tranzistory (дата обращения 27.09.2016)
  2. Получены первые гибкие транзисторы, пригодные для 3D-печати [электронный ресурс] – Режим доступа. – URL: http://3dtoday.ru/blogs/news3dtoday/the-first-flexible-transistors-suitable-for-3d-printing/ (дата обращения 01.10.2016)
  3. Пономаренко С.А. Тиофенсодержащие кремнийорганические макромолекулярные системы для органической электроники. Москва-2010. стр.16-18
  4. Савинкина Д., Сидоров А. Органическая электроника [электронный ресурс] – Режим доступа. – URL: http://compblog.ilc.edu.ru/blog/13641.html (дата обращения 25.09.2016)
  5. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Т.3 Электричество. М.: ФИЗМАТЛИТ; Изд-во МФТИ, 2004. стр.182
  6. Хомченко Г. П. Пособие по химии для поступающих в вузы. — 4-е изд. испр. и доп. — М.: ООО «Издательство Новая Волна», 2002. – стр. 335.
  7. Horowitz G. Organic Field-Effect Transistors. Advanced Materials. 10, No. 5 (1998). P. 1
  8. Stassen A. F., R.W.I. de Boer, Iosad N.N., and Morpurgo A.F. Influence of the gate dielectric on the mobility of rubrene single-crystal field-effect transistors. Applied Physics Letters 85, 3899 (2004). P. 2-5.
Проголосовать за статью
Конференция завершена
Эта статья набрала 123 голоса
Дипломы участников
У данной статьи нет
дипломов

Оставить комментарий

Форма обратной связи о взаимодействии с сайтом