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Circuiti organici autoassemblati
I ricercatori hanno trovato un modo semplice per realizzare circuiti elettronici ad alte prestazioni da semiconduttori organici. L'anticipo, riportato in questa settimana Natura , ci avvicina di un passo all'elettronica in plastica flessibile a basso costo.
Circuito autocostruito: Questo circuito logico presenta più di 300 transistor organici realizzati utilizzando un nuovo trucco di autoassemblaggio. Lo strato semiconduttore in ogni dispositivo è formato da molecole che si dispongono sulla superficie del circuito.
Un gruppo di ricerca guidato da Dago il leone presso i Philips Research Laboratories, a Eindhoven, nei Paesi Bassi, hanno sviluppato molecole di semiconduttori che si dispongono automaticamente su una superficie in uno strato spesso pochi nanometri. Queste molecole autoassemblanti potrebbero rendere molto più semplice la fabbricazione di transistor organici, gli elementi costitutivi essenziali dell'elettronica in plastica. Negli esperimenti, i ricercatori hanno utilizzato la tecnica per realizzare centinaia di transistor e li hanno disposti in circuiti complessi.
In passato, altri hanno utilizzato trucchi di autoassemblaggio simili per realizzare transistor organici, ma il nuovo metodo è molto più semplice. Inoltre, fino ad ora i ricercatori non sono stati in grado di replicare in modo accurato e affidabile i dispositivi autoassemblati. È necessario che tutti i transistor funzionino affinché il circuito funzioni, dice John Kymissis , professore di ingegneria elettrica alla Columbia University. Qui ci sono centinaia di transistor, che funzionano tutti. La resa è estremamente buona per circuiti complicati.
I semiconduttori organici sono più economici e più flessibili del silicio. Gli odierni display a schermo piatto utilizzano transistor realizzati in silicio amorfo rigido per attivare e disattivare i pixel. Al contrario, i transistor in plastica potrebbero portare a display grandi, economici e pieghevoli e a una gamma di altri dispositivi economici, come i tag RFID. Tuttavia, il costo e la praticità della fabbricazione di circuiti elettronici organici rappresentano una sfida.
Molti ricercatori ritengono che l'autoassemblaggio, una tecnica che si basa su molecole che si organizzano in strutture complesse, potrebbe essere il modo più pratico per produrre elettronica di plastica economica. I metodi attualmente utilizzati per fabbricare circuiti organici comprendono l'incisione litografica e la stampa a getto d'inchiostro. L'autoassemblaggio elimina la necessità di modellare progressivamente lo strato semiconduttore e non spreca il semiconduttore attaccandolo via.
L'obiettivo finale dei circuiti autoassemblati è essere in grado di gettare le molecole in un bicchiere e lasciarle organizzare nelle strutture desiderate, afferma Edsger Smits, ricercatore presso i Philips Research Laboratories, coinvolto nel lavoro. L'estrazione di circuiti da un bicchiere è ancora lontana, ma il presente lavoro è un passo avanti verso questo obiettivo. I ricercatori hanno depositato la sorgente d'oro e gli elettrodi di drenaggio con un isolante di biossido di silicio utilizzando la litografia tradizionale e l'incisione superficiale. Quindi hanno immerso questo circuito a transistor in una soluzione contenente il semiconduttore organico.
Le molecole di semiconduttore si sono disposte in un unico strato densamente impacchettato di circa tre nanometri di spessore sopra l'isolante di biossido di silicio tra la sorgente e il drenaggio. Le molecole si attaccano finché c'è uno spazio aperto, quindi c'è davvero uno strato monomolecolare, afferma il coautore della carta Stephan Kirchmeyer, che è vicepresidente di H.C. Starck , l'azienda chimica con sede a Leverkusen, in Germania, che ha progettato e prodotto le molecole.
In lavori precedenti di altri gruppi, i circuiti sono stati prima immersi in una sostanza chimica di ancoraggio e quindi rivestiti con una soluzione di semiconduttore, facendo sì che il semiconduttore si attaccasse alle molecole di ancoraggio. Nelle nuove molecole, l'ancora e il semiconduttore sono già legati insieme. Questo diventa un processo di produzione in un unico passaggio, afferma Per contattare Yang , professore di scienze dei materiali e ingegneria presso l'Università della California, Los Angeles. [È] un approccio intelligente.
La produzione di uno strato semiconduttore ben ordinato crea un dispositivo ad alte prestazioni. Migliora la mobilità degli elettroni di un transistor, che a sua volta determina quanta corrente può trasportare e quanto velocemente può accendersi e spegnersi. Le prestazioni dei dispositivi [sono] paragonabili ai transistor di massa basati su materiali simili, afferma Smits.
I ricercatori hanno finalmente combinato i loro transistor in circuiti funzionanti. nella loro Natura carta, dimostrano diversi importanti componenti logici come inverter e oscillatori ad anello. Dimostrano anche un circuito complicato chiamato generatore di codice, che utilizza 300 transistor.
Kymissis ammette che in precedenza erano stati realizzati circuiti più veloci e migliori utilizzando l'autoassemblaggio. Ma dice che la semplicità del metodo di assemblaggio in un'unica fase e la capacità di questi transistor di funzionare in circuiti così complessi è un progresso eccezionale.