(PhysOrg.com) -- I dispositivi elettronici non possono funzionare bene a meno che tutti i transistor, o interruttori, al loro interno consentono alla corrente elettrica di fluire facilmente quando sono accesi. Un team di ingegneri ha determinato il motivo per cui alcuni transistor fatti di cristalli organici non funzionano bene, fornendo idee su come farli funzionare meglio.

Fornire informazioni su una frustrante incoerenza nelle prestazioni dell'elettronica realizzata con materiali organici, I ricercatori di Stanford hanno dimostrato che il modo in cui i confini tra i singoli cristalli in un film sono allineati può fare una differenza di 70 volte in quanto facilmente corrente, o cariche elettriche, può muoversi attraverso i transistor.

La ricerca, che potrebbe aiutare gli ingegneri a progettare display digitali e altri dispositivi migliori, è stato pubblicato online l'8 novembre sulla rivista Materiali della natura .

I semiconduttori organici hanno molto da offrire nell'elettronica. Sono economici e flessibili, e il processo di produzione è molto più semplice rispetto ai tradizionali chip di silicio. Applicazioni come schermi di computer, segni digitali o riviste fatte di "carta elettronica" sono state possibilità per più di un decennio, ma il loro pieno potenziale sembra sempre dietro l'angolo. Un problema persistente è che le prestazioni da transistor a transistor variano molto di più di quanto possa essere consentito in dispositivi commercialmente validi.

"Puoi realizzare un unico dispositivo che abbia un'elevata mobilità di carica, ' ma hai davvero bisogno di farne migliaia, " disse Alberto Salleo, un assistente professore di scienza e ingegneria dei materiali a Stanford e co-autore senior dell'articolo. "La maggior parte dei gruppi di ricerca riporta un'elevata variazione in quella mobilità. Quello che abbiamo fatto qui è cercare di capire cosa causa la variazione".

Studio sistematico

Il gruppo di Salleo ha guidato un team multidisciplinare di ricercatori nell'effettuare uno studio sistematico di un probabile colpevole delle prestazioni incoerenti dei transistor nei dispositivi policristallini:i confini "a grana" tra i cristalli. Si scopre che le differenze nell'allineamento dei confini possono rendere il percorso che le cariche elettriche devono seguire attraverso un transistor più simile a uno sgobbone disgiunto attraverso la sicurezza aeroportuale che al trattino di un velocista.

Per esaminare il ruolo svolto dall'allineamento dei confini, l'autore principale del giornale, studente laureato Jonathan Rivnay, sono cresciuti cristalli di un semiconduttore organico chiamato PDI8-CN2, sintetizzato presso la Northwestern University e Polyera Corp., un'azienda di elettronica organica, utilizzando un processo che garantisce un allineamento coerente da cristallo a cristallo in una particolare direzione.

Ha quindi realizzato transistor in cui le cariche potevano fluire attraverso molecole ben allineate tra loro, e altri in cui le molecole erano disallineate lungo i bordi dei grani. Il primo tipo di transistor ha funzionato molto meglio. È andato oltre per collegare le proprietà di questi confini all'imballaggio molecolare nei cristalli.

Oltre alle misurazioni elettriche dirette del team, i ricercatori hanno utilizzato informazioni da ampi calcoli teorici, realizzato dal coautore John E. Northrup presso lo Xerox Palo Alto Research Center, e con l'analisi a raggi X guidata dal coautore Michael Toney presso la Stanford Synchrotron Radiation Lightsource.

Potrebbe influenzare la produzione futura

Rivnay ha affermato che il lavoro del team potrebbe influenzare fortemente il modo in cui l'elettronica a cristalli organici verrà prodotta in futuro.

"Il problema di comprendere i difetti nei materiali elettronici organici, compresi i bordi dei grani, è molto importante per qualsiasi applicazione del dispositivo, " Rivnay ha detto. "Per una migliore comprensione di ciò che accade a questi confini, e quanto sono dannosi, miglioramenti possono essere apportati alla fine della chimica, nonché alla fine della progettazione e della fabbricazione del processo. In questo modo i dispositivi possono essere più riproducibili e con prestazioni migliori."

Altri autori erano gli studenti laureati di Stanford Leslie Jimison in Scienza e Ingegneria dei Materiali e Rodrigo Noriega in Fisica Applicata; Tobin Marks, chimico della Northwestern University; il ricercatore della Polyera Corp. Shaofeng Lu; e il membro della facoltà della Northwestern e Chief Technology Officer di Polyera Antonio Facchetti. I finanziamenti provenivano da più istituzioni federali degli Stati Uniti, compresi i dipartimenti della Difesa e dell'Energia e la National Science Foundation, così come la King Abdullah University of Science and Technology in Arabia Saudita.

Fornito dalla Stanford University (notizie:web)