(PhysOrg.com) -- Elektronische apparaten kunnen niet goed werken tenzij alle transistors, of schakelaars, binnenin laten elektrische stroom gemakkelijk stromen wanneer ze zijn ingeschakeld. Een team van ingenieurs heeft vastgesteld waarom sommige transistors gemaakt van organische kristallen niet goed presteren. ideeën opleveren over hoe ze beter kunnen werken.

Inzicht geven in een frustrerende inconsistentie in de prestaties van elektronica gemaakt met organische materialen, Stanford-onderzoekers hebben aangetoond dat de manier waarop grenzen tussen individuele kristallen in een film worden uitgelijnd een 70-voudig verschil kan maken in hoe gemakkelijk stroom, of elektrische ladingen, door transistoren kunnen bewegen.

Het onderzoek, die ingenieurs kunnen helpen bij het ontwerpen van betere digitale displays en andere apparaten, werd op 8 november online gepubliceerd in het tijdschrift Natuurmaterialen .

Organische halfgeleiders hebben veel te bieden op het gebied van elektronica. Ze zijn goedkoop en flexibel, en het productieproces is veel eenvoudiger dan bij traditionele siliciumchips. Toepassingen zoals computerschermen, digitale borden of tijdschriften gemaakt van "elektronisch papier" zijn al meer dan een decennium mogelijk, maar hun volledige potentieel lijkt altijd om de hoek. Een hardnekkig probleem is dat de prestaties van transistor tot transistor veel meer variëren dan toegestaan ​​is in commercieel levensvatbare apparaten.

"Je kunt een enkel apparaat maken met een hoge oplaadmobiliteit, ' maar je moet er echt duizenden maken, " zei Alberto Salleo, een assistent-professor materiaalkunde en engineering aan Stanford en een senior co-auteur van het papier. "De meeste onderzoeksgroepen rapporteren een hoge variatie in die mobiliteit. Wat we hier hebben gedaan, is proberen te begrijpen waardoor de variatie wordt veroorzaakt."

Systematische studie

Salleo's groep leidde een multidisciplinair team van onderzoekers bij het maken van een systematische studie van een waarschijnlijke boosdoener van de inconsistente transistorprestaties in polykristallijne apparaten:de "korrel" -grenzen tussen kristallen. Het blijkt dat de verschillen in grensuitlijning ervoor kunnen zorgen dat het pad dat elektrische ladingen door een transistor moeten volgen, meer lijkt op een onsamenhangende ploeteren door de luchthavenbeveiliging dan op het dashboard van een sprinter.

Om de rol te onderzoeken die grensuitlijning speelt, hoofdauteur van de krant, afgestudeerde student Jonathan Rivnay, groeiden kristallen van een organische halfgeleider genaamd PDI8-CN2, gesynthetiseerd aan de Northwestern University en Polyera Corp., een organisch elektronicabedrijf, met behulp van een proces dat zorgt voor een consistente uitlijning van kristal tot kristal in een bepaalde richting.

Vervolgens maakte hij transistoren waarin ladingen konden stromen door moleculen die goed op elkaar waren uitgelijnd, en andere waar de moleculen niet goed uitgelijnd waren over de korrelgrenzen. De eerste soort transistors presteerden veel beter. Hij ging verder om de eigenschappen van deze grenzen te koppelen aan de moleculaire pakking in de kristallen.

Naast de directe elektrische metingen van het team, de onderzoekers gebruikten informatie uit uitgebreide theoretische berekeningen, gemaakt door co-auteur John E. Northrup bij het Xerox Palo Alto Research Center, en met röntgenanalyse onder leiding van co-auteur Michael Toney bij de Stanford Synchrotron Radiation Lightsource.

Kan toekomstige productie beïnvloeden

Rivnay zei dat het werk van het team van grote invloed kan zijn op hoe organische kristalelektronica in de toekomst wordt gemaakt.

"Het probleem van het begrijpen van defecten in organische elektronische materialen, inclusief korrelgrenzen, is erg belangrijk voor elke apparaattoepassing, " Rivnay zei. "Door beter te begrijpen wat er aan deze grenzen gebeurt, en hoe schadelijk ze zijn, verbeteringen kunnen zowel aan het chemie-einde als aan het ontwerp- en fabricage-einde van het proces worden aangebracht. Op deze manier kunnen apparaten reproduceerbaarder zijn en beter presteren."

Andere auteurs waren Stanford-afgestudeerde studenten Leslie Jimison in Materials Science and Engineering en Rodrigo Noriega in Applied Physics; Northwestern University chemicus Tobin Marks; Polyera Corp.-onderzoeker Shaofeng Lu; en Northwestern faculteitslid en Polyera Chief Technology Officer Antonio Facchetti. Financiering kwam van meerdere Amerikaanse federale instellingen, waaronder de ministeries van Defensie en Energie en de National Science Foundation, evenals de King Abdullah University of Science and Technology in Saoedi-Arabië.

Aangeboden door Stanford University (nieuws:web)