Kui rääkida venitatavatest, läbipaistvatest elektroonikaseadmetest, siis on selliste transistorite valmistamiseks sobiva materjali leidmine teadlastele suureks väljakutseks osutunud. Läbi on uuritud terve hulk tavapäraseid pooljuhtmaterjale, nende hulgas molekule, polümeere ja metalle, kuid nende materjalide sisemised optilised ja mehaanilised omadused ei ole üldiselt head. Need miinused teevad venituse all oma optilisi ja elektrilisi omadusi säilitava transistori realiseerimise keerukaks. Uues uurimuses kirjeldavad teadlased venitatava, läbipaistva grafeenipõhise transistori valmistamist ning fakti, et tänu grafeeni suurepärastele optilistele, mehaanilistele ja elektrilistele omadustele ületab transistor paljud tavalistest pooljuhtmaterjalidest valmistatavate transistorite probleemid.
Vasakule: grafeenipõhine transistor, mis on söövitatud PDMS substraadile. Keskel: Mikroskoobi abil tehtud pildid 5% ulatuses venitatud transistorist. Paremal: Õhupallile söövitatud transistor. Pilt: Lee, et al. ©2011 American Chemical Society
,,Meie töö tulemused on selliste seadmete valmistamisel äärmiselt olulised,” sõnas uurimust juhtinud Jeong Ho Cho. ,,Tegelikkuses on tavalisi materjale kasutades peaaegu võimatu valmistada transistoreid, mida saab venitada ning mis on läbipaistvad, ebatavaliste substraatide, nagu näiteks kummiplaatide või pallide peale. Grafeenseadmete eeliseks on see, et need on läbipaistvad ning neid saab substraadile asetada toatemperatuuril tehtavate printimisprotsesside abil ilma vaakumite. Selliste süsteemide võimalused on tavalistel materjalidel põhinevatest süsteemidest tunduvalt laiemad,” kirjutab Physorg.com.
Transistori valmistamiseks sünteesisid teadlased grafeeni kihte ning asetasid need ükshaaval vaskmähisele. Fotolitograafia ning söövitusmeetodite abil tegid teadlased grafeenile mõningate transistori oluliste elementide, näiteks elektroodide ja pooljuhtkanalite, skeemi. Pärast nende komponentide asetamist venitatavale kummsubstraadile, printisid teadlased venitatava ioongeeli abil seadmele ka ülejäänud komponendid – paisuisolaatorid ja -elektroodid.
Teadlased leidsid, et kummsubstraadiga grafeenipõhised transistorid on mitmeski mõttes head. Näiteks tegi madaltemperatuur-printimine tootmisprotsessi palju lihtsamaks kui tavapärased kõrgtemperatuur-protsessid. Lisaks ei saa tavalistel pooljuhtmaterjalidel põhinevaid transistoreid toota kummsubstraatidele tänu nende halbadele mehaanilistele omadustele, piirates seega nende venivuspiiri.
Antud uurimustulemuse katsetulemused kinnitasid grafeentransistorite paremust. Tulemustest selgus, et seadet sai venitada 5% võrra kuni 1000 korda, säilitades seejuures selle head elektrilised omadused. Ühes eksperimendis valmistasid teadlased grafeentransistori kummist õhupallile ning mõõtsid selle elektrilisi omadusi palli täispuhumise jooksul. Rohkem kui 5% venituse juures hakkasid elektrilised omadused halvenema, seda osaliselt mikromõrade ning teiste grafeenis olevate defektide tõttu.
,,Meil on plaanis praeguste grafeenseadmete venitamise ulatust ning elektrilisi omadusi parandada ning rakendada neid erinevatele kantavatele elektroonikaseadmetele ja sensorpindadele,” sõnas Ahn.
,,Venitatavad elektroonikaseadmed võivad osutuda kasulikeks mitmetes praegustes ja tulevikuseadmetes, nende hulgas kommunikatsiooniseadmetes, biosensorites ning silmade liikumist jälgivates kaamerates. Nende abil saaks valmistada volditavaid, rullitavaid ja kantavaid ekraane,” lisas Ahn.
Teadusartikkel: “Stretchable Graphene Transistors with Printed Dielectrics and Gate Electrodes”
Leave a Reply