Физики создали новый вид органических транзисторов, способных пережить нагрев до 160 градусов Цельсия или типичные процедуры бактериальной дезинфекции и сохранить свою функциональность, и опубликовали «рецепт» их изготовления в статье в журнале Nature Communications.

Органические транзисторы и другие аналоги полупроводниковых приборов из углеводородных цепочек занимают важное место в современной микроэлектронике. Органические светодиоды и дисплеи на их основе (OLED) смогли потеснить своих кремниевых «кузенов» и занять свою нишу в сфере мобильных цифровых устройств. С другой стороны, транзисторы из органики обладают как рядом преимуществ (высокой гибкостью и дешевизной), так и рядом серьезных недостатков, которые мешают их применению в промышленных и бытовых условиях.

Полупроводниковый «бутерброд»

Группа физиков под руководством Такао Сомейя (Takao Someya) из университета Токио (Япония) смогла нейтрализовать одну из ключевых проблем органических полупроводниковых приборов – высокую чувствительность к нагреву – при помощи нового полупроводникового материала и особой структуры подложки.

В своей работе Сомейя и его коллеги использовали органический полупроводник DNTT, который представляет собой «забор» из нескольких колец ароматических углеводородов с добавлением двух атомов серы в двух центральных сегментах молекулы. Как отмечают ученые, DNTT не распадается и не становится более уязвимым для окислителей при нагреве, в отличие от практически всех других полупроводников такого рода.

Комбинация из оксида алюминия и молекул фосфор-органических кислот выступала в качестве материала для «затворов» транзисторов, управлявших избирательной проводимостью устройства.

Готовый транзистор напоминал по своей структуре огромный многослойный бутерброд. Сначала физики изготовили подложку из гибкого полимера полиимида, на которую они нанесли «затвор» из нескольких пленок оксида алюминия и органических кислот. Поверх него укладывался слой полупроводника, к которому подключались золотые электроды. На последнем этапе изготовления вся конструкция заливается париленом – биологически нейтральным, химически стойким полимером, выдерживающим нагрев до 350 градусов Цельсия.

Проверка «баней»

При комнатной температуре устройства работали так, как и ожидали Сомейя и его коллеги. Убедившись в работоспособности схем из новых транзисторов, ученые собрали небольшую схему из нескольких транзисторов на гибкой пленке и проверили ее работу в экстремальных условиях.

В частности, физики положили работающее устройство в кипяток и следили за тем, как будут меняться его свойства при нагреве. По их словам, даже при температуре в 100 градусов Цельсия пленка сохраняла работоспособность.

Затем исследователи покрыли неактивную схему культурой обычных хлебопекарных дрожжей и поместили ее в медицинский стерилизатор. Сомея и его коллег провели несколько разных циклов обеззараживания, в которых пленка нагревалась от 120 до 150 градусов Цельсия в течение 20 секунд или 20 минут. Как отмечают ученые, во всех случаях грибки погибли, но сами схемы сохранили свою работоспособность после извлечения из стерилизатора.

Авторы статьи полагают, что их изобретение будет применяться для создания медицинских датчиков, гибких дисплеев и других цифровых устройств.

Статья авторов исследования:

Kazunori Kuribara, He Wang, Naoya Uchiyama, Kenjiro Fukuda, Tomoyuki Yokota, Ute Zschieschang, Cherno Jaye, Daniel Fischer, Hagen Klauk, Tatsuya Yamamoto, Kazuo Takimiya, Masaaki Ikeda, Hirokazu Kuwabara, Tsuyoshi Sekitani, Yueh-Lin Loo & Takao Someya Organic transistors with high thermal stability for medical applications. – Nature Communications. – 3. – Article number: 723 doi:10.1038/ncomms1721; Published 06 March 2012.