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半导体和电子

半导体和电子

用于制造柔性晶体管的纳米晶体油墨

11 Apr 2016
柔性印刷品:在柔性背衬上的纳米晶体油墨印刷晶体管

美国团队开发了一种完全由胶体纳米晶体制成的高质量,柔性晶体管。通过依次沉积其成分为纳米晶体的形式“inks,”研究人员可以使用标准的工业方法制造晶体管,而无需高温,高真空的专业设备。这项工作可以扩大规模,因此可以应用于多种材料,甚至可以应用于可穿戴或可植入电子设备的可印刷电路设计中。

自从1948年John Bardeen,Walter Brittain和William Shockley赢得诺贝尔奖以来,晶体管一直是电子工业的核心组件。现代CMOS(互补金属氧化物半导体)计算机芯片包含数十亿个被蚀刻成单个晶体管的晶体管。 ,高纯度硅片。但是,科学家和工程师现在热衷于将电子设备集成到越来越不可能的地方:从衣服上的可穿戴显示器到植入式血糖监测仪。这些应用中的许多都需要柔性设备,而晶体硅固有地易碎。

柔性晶体

电气工程师 切丽·卡根(Cherie Kagan) 宾夕法尼亚大学的同事及其同事一直在全球范围内探索胶体纳米晶体制造柔性晶体管和其他电子元件的潜力。“In the past, we’ve表明您可以使用银纳米晶体进行导电布线,” says Kagan. “We’我们还表明,我们可以使用半导体纳米晶体或量子点来制造良好的半导体层。”然而,为了制造晶体管,他们不得不求助于高性能计算的常规技术,以通过真空蒸发来沉积源极,栅极和漏极连接以及绝缘层。卡根告诉 physicsworld.com 因为制造设备非常昂贵,“简单的基于印刷和涂布的方法” are attractive –特别是对于需要大面积设备的应用。

现在,卡根’的团队创建了第一个完全由各种类型的纳米晶体制成的晶体管。研究人员首先使用光致抗蚀剂确定电极的位置,然后从溶液中在柔性聚合物上沉积一层导电银纳米晶体。去除光致抗蚀剂后,他们从另一种溶液中沉积了一层绝缘的氧化铝氧化铝纳米颗粒,围绕着栅电极。最重要的是,他们沉积了硒化镉量子点–这些充当晶体管’的半导体通道。最后,研究人员在顶部图案化了更多的银纳米晶体,以用作源极和漏极引线。将铟纳米晶体与源极和漏极引线中的银混合,然后将器件加热到250 °制造后的碳使研究人员可以用金属离子(n掺杂)掺杂半导体通道,因为从银中扩散出来的铟会进入硒化镉。

通过提高栅电极的电势来产生电场,从而将电子吸引到半导体中,从而增加其导电性并允许电流在源电极和漏电极之间流动。这使该设备可以充当场效应晶体管(FET)–当今使用的最工业化的晶体管类型。经过测试,该团队发现其器件的功能与真空蒸发产生的最新FET一样。

期待

“下一步将是利用我们’ve演示并开发了一些基于3D打印的增材制造技术。那’在我们思考如何将基板上的这些不同层连接起来以制造集成电路时,这是最让我们兴奋的一件事。”但卡根还指出,对于标准的CMOS逻辑架构,他们将需要开发一种p型晶体管,该晶体管的导电性通过正极“holes”升高栅极电势会截止晶体管。 德米特里·塔拉宾(Dmitri Talapin)来自芝加哥大学,他不是卡根大学的一部分’的团队提出了一个可能的解决方案,说“未来的可印刷电路将把p型有机晶体管与n型纳米晶体器件相结合,以实现CMOS器件架构。卡根小组的工作代表了这种方式的重要里程碑。”

纳米晶体专家 马克西姆·科瓦连科(Maksym Kovalenko) 瑞士苏黎世联邦理工学院(ETH Zurich)的人未参与当前工作,他将该研究描述为杰出的研究,并补充说该研究表明“该领域的成熟度”,现在可以制造纳米粒子并调整其性能。 “我认为这非常清楚地表明,您可以完全利用纳米颗粒制造任何主要的光电器件,” he adds.

该研究发表在 科学.

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