Les scientifiques ont introduit pour la première fois des transistors bipolaires basés sur des semi-conducteurs organiques et capables de fonctionner dans la gamme des gigahertz. Pour ce faire, ils ont utilisé l’hydrocarbure rubrène qui, dans son état cristallin, possède des propriétés bénéfiques similaires au silicium ordinaire, comme le rapporte la revue spéciale Nature. Les scientifiques voient leur technologie principalement dans les applications médicales, où l’électronique flexible peut ouvrir de nouvelles possibilités.
Les transistors sont l’un des composants les plus importants de l’électronique moderne et sont utilisés dans presque tous les circuits électroniques. Les deux conceptions les plus courantes sont appelées transistors à effet de champ et transistors bipolaires et diffèrent par le type de contrôle et le domaine d’application. Alors que les transistors à effet de champ sont utilisés avec des courants élevés et sont contrôlés par la tension, les transistors bipolaires sont contrôlés en courant. Leur domaine d’application est les gammes de courants faibles, qui nécessitent également des fréquences d’horloge plus élevées.
Recherche transistor bipolaire organique
Les deux types de courant sont généralement basés sur des semi-conducteurs au silicium. Cela permet de réduire le transistor jusqu’à l’ordre du nanomètre, permettant de meilleures performances et donc un traitement des données très rapide. Cependant, le problème avec une technologie relativement étanche est qu’elle peut être utilisée pour des composants flexibles tels que : affichage déroulant ou impropres à une application médicale sur ou dans le corps.
Shu-Jen Wang et Michael Sawatzki de l’Université technique de Dresde et leur équipe ont maintenant présenté un transistor organique conçu pour résoudre ce problème. “Le principal défi dans la mise en œuvre de transistors organiques bipolaires est de trouver des matériaux et des configurations appropriés qui permettent le dopage n et p requis et une mobilité suffisante des porteurs de charge pour permettre aux électrons et aux trous appropriés de circuler dans le transport au sol requis”, explique l’équipe.
Rubin comme semi-conducteur
Les scientifiques ont utilisé le rubène à base de carbone dans leurs transistors. Ces conducteurs organiques sont constitués de plusieurs anneaux d’hydrocarbures aromatiques et sont utilisés depuis longtemps dans les diodes électroluminescentes organiques. Leurs porteurs de charge sont très mobiles sous forme de cristaux de rubrène.
Pour construire les transistors, les chercheurs ont appliqué plusieurs couches de rubène dopé qui obligeaient les transistors à fonctionner sur une couche de base en cristal d’environ 20 nanomètres de haut. La structure de cette couche, épaisse de 100 à 300 nm, dépend de l’ordre élevé des noyaux cristallins. L’électrode en or sert d’émetteur et de collecteur, et l’électrode en aluminium constitue la base.
1,6 GHz Peut-être
« La première réalisation de transistors bipolaires organiques était un gros défi car nous devions réaliser des revêtements de très haute qualité et de nouvelles structures. Cependant, les excellents paramètres de l’appareil sont à la mesure de cet effort », a déclaré Wang. La configuration permet une vitesse de porteuse élevée de l’ensemble du transistor.
Comme le montrent les tests, les transistors bipolaires atteignent une fréquence de transition élevée, qui peut être considérée comme une mesure de la vitesse du composant. Les modèles organiques précédents n’étaient implémentés que sous forme de transistors à effet de champ et avaient une fréquence de transit de 40 à 160 MHz. En revanche, le nouveau transistor bipolaire développé par les chercheurs de Dresde aurait une fréquence allant jusqu’à 1,6 GHz.
“Un nouvel horizon pour l’électronique organique”
« Nous réfléchissons à cet appareil depuis 20 ans et je suis heureux que nous puissions maintenant le prouver. Les transistors bipolaires organiques et leurs possibilités ouvrent des horizons entièrement nouveaux pour l’électronique organique, a déclaré Carl Liu, également de l’Université technique et auteur principal de l’étude.
En tant que domaine d’application potentiel, les chercheurs étudient, par exemple, des assistants intelligents capables d’enregistrer des données de santé via des capteurs, de les traiter localement et de les transmettre sans fil. (Nature, 2022 ; doi : 10.1038 / s41586-022-04837-4)
Source : Université technique de Dresde
