Πλαστικά τσιπ: Νέα υλικά προωθούν τα ηλεκτρονικά με οργανικά υλικά

Από τη σελίδα ScienceNews, 30 Αυγούστου 2003

Κατά τη διάρκεια της προηγούμενης δεκαετίας, οι ερευνητικές ομάδες στα πανεπιστήμια και τη βιομηχανία συναγωνίζονταν να κατασκευάσουν ηλεκτρονικές συσκευές -- ολοκληρωμένα κυκλώματα, οθόνες για τους φορητούς υπολογιστές, και ηλιακές κυψέλες -- όχι από πυρίτιο αλλά από ημιαγωγικά πολυμερή σώματα . Τα συστατικά που φτιάχνονταν από τέτοια οργανικά υλικά θα μπορούσαν να είναι εύκαμπτα, καθώς επίσης και φτηνότερα και ευκολότερα να κατασκευαστούν από τα αντίστοιχα με πυρίτιο.

Τώρα οι ερευνητές στο Βορειοδυτικό Πανεπιστήμιο στο Evanston του Ιλλινόις, και η εταιρεία Lucent Technologies στο Murray Hill, έχουν επινοήσει μια νέα κλάση οργανικών ημιαγωγών που θα μπορούσαν να επιταχύνουν την άφιξη αυτού που θα μπορεί να είναι το επόμενο μεγάλο κύμα της ηλεκτρονικής επανάστασης.

Μέχρι σήμερα, η επεξεργασία των πλαστικών ηλεκτρονικών έχει περιοριστεί από τον αριθμό των μοριακών δομικών στοιχείων που είναι κατάλληλα για τα ημιαγωγικά πολυμερή σώματα. Τα τρανζίστορ  -- που είναι οι διακόπτες σε ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα -- απαιτούν δύο τύπους υλικών ημιαγωγών: τον τύπο n και τον τύπο p. Στα υλικά του τύπου n, τα φορτία κινούνται μέσα στο υλικό μέσω των ηλεκτρονίων. Στα υλικά τύπου p τα φορτία μεταφέρονται μέσω "των οπών", τις θέσεις όπου δεν υπάρχουν ή χάνονται τα ηλεκτρόνια.

"Ακόμα, τα περισσότερα από τα οργανικά υλικά που εξετάστηκαν μέχρι τώρα είναι όλα τύπου-p," λέει ο επικεφαλής της έρευνας Tobin Marks στο βορειοδυτικό πανεπιστήμιο. Οι υπάρχουσες οργανικές ουσίες n-τύπου είναι σπάνιες και ασταθείς. "Έτσι υπάρχει μια πραγματική ανάγκη για υλικά n-τύπoυ", λέει.

Η νέα κλάση μορίων της ομάδας αποτελείται από ημιαγωγούς τύπου p και n. Ένα οργανικό μόριο σε σχήμα ραβδίου κατασκευασμένο από έξι μονάδες θειοφαινίου σχηματίζει τη βάση για κάθε τύπο υλικού. Κάθε θειοφαίνιο, είναι ένας κατάλληλος δακτύλιος πέντε ατόμων άνθρακα και ενός θείου. Όταν οι ερευνητές αντικατέστησαν τα δύο τελευταία θειοφαίνια της ράβδου με μια άλλη οργανική ομάδα από ένα δακτύλιο έξι ανθράκων μαζί με ένα φθόριο, το οργανικό μόριο συμπεριφέρθηκε όπως ένα ημιαγωγός τύπου n. Όταν οι ερευνητές αντικατέστησαν όχι τα δύο τελευταία  αλλά τα δύο επόμενα θειοφαίνεια, το μόριο συμπεριφέρθηκε ως ημιαγωγός τύπου p.

Οι ερευνητές περιγράφουν τις μοριακές κατασκευές τους στο περιοδικό Angewandte Chemie International Edition της 25ης Αυγούστου.

"Όσο πιο κοντά είναι το ένα μόριο στο άλλο, τόσο γρηγορότερα ένα φορτίο μπορεί να φύγει από το ένα μόριο στο άλλο σε καθέναν τύπο ημιαγωγού", λέει ο Marks.

Μέχρι τώρα, η ομάδα έχει κατασκευάσει πρωτότυπα τρανζίστορ από τα υλικά αυτά, που απέδωσαν εξ ίσου καλά όπως οι υπάρχοντες οργανικοί ημιαγωγοί, όταν μετρηθεί η κινητικότητα των ηλεκτρονίων και των οπών. Αλλά ο Marks λέει ότι το εργαστήριό του αναμένει να αυξήσει την κινητικότητα των ηλεκτρονίων του υλικού n-τύπου κατά ένα παράγοντα τουλάχιστον 5, μια πρόοδος που θα ωθούσε την ταχύτητα του υλικού σαν διακόπτης.

Ο Marks προβλέπει ότι θα προκύψουν τα επόμενα χρόνια χαμηλού κόστους, ακόμα και μίας χρήσης πλαστικές ηλεκτρονικές συσκευές, όπως έξυπνες κάρτες, ηλεκτρονικές ετικέτες και χημικοί αισθητήρες.