Transistor bipolar organik dapat mengikuti perkembangan – Para peneliti telah memperkenalkan transistor berbasis karbon pertama yang sangat efisien

Para ilmuwan telah memperkenalkan untuk pertama kalinya transistor bipolar berdasarkan semikonduktor organik dan mampu beroperasi dalam kisaran gigahertz. Untuk melakukan ini, mereka menggunakan rubrene hidrokarbon, yang dalam keadaan kristalnya memiliki sifat menguntungkan yang mirip dengan silikon biasa, seperti yang dilaporkan dalam jurnal khusus “Nature”. Para ilmuwan melihat teknologi mereka terutama dalam aplikasi medis, di mana elektronik fleksibel dapat membuka kemungkinan baru.

Transistor adalah salah satu komponen terpenting dari elektronik modern dan digunakan di hampir semua rangkaian elektronik. Dua desain yang paling umum disebut transistor efek medan dan transistor bipolar dan berbeda dalam jenis kontrol dan area aplikasi. Sementara transistor efek medan digunakan dengan arus tinggi dan dikendalikan oleh tegangan, transistor bipolar dikendalikan oleh arus. Bidang aplikasi mereka adalah rentang arus rendah, yang juga membutuhkan frekuensi clock yang lebih tinggi.

Mencari transistor bipolar organik

Kedua jenis saat ini biasanya didasarkan pada semikonduktor silikon. Hal ini memungkinkan transistor untuk diperkecil ke kisaran nanometer, memungkinkan kinerja yang lebih baik dan karena itu pemrosesan data yang sangat cepat. Namun, masalah dengan teknologi yang relatif ketat adalah dapat digunakan untuk komponen fleksibel seperti: tampilan yang dapat digulung atau tidak cocok untuk aplikasi medis pada atau di dalam tubuh.

Shu-Jen Wang dan Michael Sawatzki dari Universitas Teknik Dresden dan tim mereka sekarang telah memperkenalkan transistor organik yang dirancang untuk memecahkan masalah ini. “Tantangan utama dalam menerapkan transistor organik bipolar adalah untuk menemukan bahan dan konfigurasi yang sesuai yang memungkinkan doping n dan p yang diperlukan dan mobilitas pembawa muatan yang memadai untuk memungkinkan elektron dan lubang yang sesuai mengalir dalam transportasi darat yang diperlukan,” tim menjelaskan.

Rubin sebagai semikonduktor

Para ilmuwan menggunakan rubena berbasis karbon dalam transistor mereka. Konduktor organik ini terdiri dari beberapa cincin hidrokarbon aromatik dan telah lama digunakan dalam dioda pemancar cahaya organik. Pembawa muatan mereka sangat mobile dalam bentuk kristal rubrene.

Untuk membangun transistor, para peneliti menerapkan berbagai lapisan rubena yang didoping yang diperlukan transistor untuk beroperasi pada lapisan dasar kristal setinggi sekitar 20 nanometer. Struktur lapisan ini, yang tebalnya 100-300 nm, tergantung pada orde tinggi inti kristal. Elektroda emas berfungsi sebagai emitor dan kolektor, dan elektroda aluminium menjadi dasarnya.

1.6 GHz Mungkin

“Realisasi pertama transistor bipolar organik merupakan tantangan besar karena kami harus mencapai lapisan kualitas yang sangat tinggi dan struktur baru. Namun, parameter perangkat yang sangat baik setara dengan upaya ini,” kata Wang. Konfigurasinya memungkinkan kecepatan pembawa yang tinggi dari seluruh transistor.

Seperti yang ditunjukkan oleh pengujian, transistor bipolar mencapai frekuensi transisi yang tinggi, yang dapat dianggap sebagai ukuran kecepatan komponen. Model organik sebelumnya diimplementasikan hanya sebagai transistor efek medan dan memiliki frekuensi transit 40 hingga 160 MHz. Sebaliknya, transistor bipolar baru yang dikembangkan oleh peneliti Dresden dikatakan memiliki frekuensi hingga 1,6 GHz.

“Cakrawala Baru untuk Elektronik Organik”

“Kami telah memikirkan perangkat ini selama 20 tahun dan saya senang kami sekarang dapat membuktikannya. Transistor bipolar organik dan kemungkinannya membuka cakrawala yang sama sekali baru untuk elektronik organik, kata Carl Liu, juga dari Technical Universitas dan penulis senior studi ini.

Sebagai area aplikasi potensial, peneliti melihat, misalnya, perangkat asisten pintar yang dapat merekam data kesehatan melalui sensor, memprosesnya secara lokal, dan menyebarkannya secara nirkabel. (Alam, 2022; doi: 10.1038/s41586-022-04837-4)

Sumber: Universitas Teknik Dresden

28 Juni 2022

– Jan Fleischer