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Circuitos orgánicos autoensamblados
Los investigadores han encontrado una forma sencilla de fabricar circuitos electrónicos de alto rendimiento a partir de semiconductores orgánicos. El avance, informado en la publicación de esta semana Naturaleza , nos acerca un paso más a la electrónica de plástico flexible y de bajo costo.
Circuito de fabricación propia: Este circuito lógico cuenta con más de 300 transistores orgánicos fabricados con un nuevo truco de autoensamblaje. La capa semiconductora de cada dispositivo está formada por moléculas que se disponen en la superficie del circuito.
Un equipo de investigación liderado por Dago el León en los laboratorios de investigación de Philips, en Eindhoven, Países Bajos, desarrollaron moléculas semiconductoras que se colocan automáticamente en una superficie en una capa de unos pocos nanómetros de espesor. Estas moléculas de autoensamblaje podrían facilitar mucho la fabricación de transistores orgánicos, los bloques de construcción esenciales de la electrónica plástica. En experimentos, los investigadores utilizaron la técnica para fabricar cientos de transistores y los organizaron en circuitos complejos.
En el pasado, otros han utilizado trucos de autoensamblaje similares para hacer transistores orgánicos, pero el nuevo método es mucho más simple. Además, los investigadores no han podido replicar de forma precisa y fiable dispositivos autoensamblados hasta ahora. Necesita que todos los transistores funcionen para que el circuito funcione, dice John Kymissis , profesor de ingeniería eléctrica en la Universidad de Columbia. Aquí, hay cientos de transistores, todos los cuales funcionan. El rendimiento es extremadamente bueno para circuitos complicados.
Los semiconductores orgánicos son más baratos y flexibles que el silicio. Las pantallas planas de hoy en día utilizan transistores hechos de silicio amorfo rígido para encender y apagar los píxeles. Por el contrario, los transistores hechos de plástico pueden generar pantallas grandes, baratas y flexibles y una variedad de otros dispositivos económicos, como las etiquetas RFID. Sin embargo, el costo y la practicidad de fabricar circuitos electrónicos orgánicos es un desafío.
Muchos investigadores creen que el autoensamblaje, una técnica que se basa en moléculas que se organizan en estructuras complejas, podría ser la forma más práctica de producir productos electrónicos de plástico baratos. Los métodos que se utilizan actualmente para fabricar circuitos orgánicos incluyen el grabado litográfico y la impresión por chorro de tinta. El autoensamblaje elimina la necesidad de modelar progresivamente la capa de semiconductor y no desperdicia el semiconductor al grabarlo.
El objetivo final de los circuitos autoensamblados es poder lanzar moléculas en un vaso de precipitados y dejar que se organicen en las estructuras deseadas, dice Edsger Smits, investigador de Philips Research Laboratories, que participó en el trabajo. Todavía falta un poco para sacar circuitos de un vaso de precipitados, pero el presente trabajo es un paso hacia ese objetivo. Los investigadores depositaron la fuente de oro y los electrodos de drenaje con un aislante de dióxido de silicio en el medio utilizando la litografía tradicional y el grabado superficial. Luego sumergieron este circuito de transistor en una solución que contenía el semiconductor orgánico.
Las moléculas semiconductoras se dispusieron en una sola capa densamente empaquetada de unos tres nanómetros de espesor en la parte superior del aislante de dióxido de silicio entre la fuente y el drenaje. Las moléculas se adhieren siempre que haya un espacio abierto, por lo que realmente hay una capa de mono-molécula, dice el coautor del artículo, Stephan Kirchmeyer, quien es vicepresidente de H.C. Starck , la empresa química con sede en Leverkusen, Alemania, que diseñó y produjo las moléculas.
En trabajos anteriores de otros grupos, los circuitos se sumergieron primero en una sustancia química de anclaje y luego se recubrieron con una solución de semiconductores, lo que provocó que el semiconductor se adhiriera a las moléculas de anclaje. En las nuevas moléculas, el ancla y el semiconductor ya están unidos. Esto se convierte en un proceso de fabricación de un solo paso, dice Para contactar a Yang , profesor de ingeniería y ciencia de los materiales en la Universidad de California, Los Ángeles. [Es] un enfoque inteligente.
La producción de una capa de semiconductores bien ordenada crea un dispositivo de alto rendimiento. Mejora la movilidad de los electrones de un transistor, que a su vez determina cuánta corriente puede transportar y qué tan rápido puede encenderse y apagarse. Los rendimientos de los dispositivos [son] comparables a los de los transistores masivos basados en materiales similares, dice Smits.
Los investigadores finalmente combinaron sus transistores en circuitos funcionales. En su Naturaleza En papel, demuestran varios componentes lógicos importantes, como inversores y osciladores de anillo. También demuestran un circuito complicado llamado generador de código, que utiliza 300 transistores.
Kymissis admite que anteriormente se han realizado circuitos mejores y más rápidos utilizando el autoensamblaje. Pero dice que la simplicidad del método de ensamblaje en un solo paso y la capacidad de estos transistores para funcionar en circuitos tan complejos es un avance tremendo.