美科學(xué)家科技新發(fā)現(xiàn)：新型碳晶體管勝過非晶硅！

在室溫處理半導(dǎo)體的技術(shù)可能使諸如電子布告板這樣的大規(guī)模應(yīng)用以及像可任意使用的RFID標(biāo)簽這樣的超低成本應(yīng)用成為可能。但是，大多數(shù)室溫晶體管具有幾百cm2/Vs(平方厘米/電壓.秒)的低電子移動率。  

現(xiàn)在，喬治亞州科技大學(xué)的研究人員聲稱，通過利用碳-60(C-60)薄膜—也稱為巴克球或富勒思—制作晶體管的溝道，找到了一種制作比非晶硅速度快100倍的室溫晶體管的完美方法。  

“我們并沒有聲稱我們是第一家在室溫下制作C60晶體管的實驗室，”喬治亞科技大學(xué)的教授Bernard Kippelen說，“我們工作的創(chuàng)新在于：我們能夠證明在室溫處理下獲得3-5cm2/Vs這么高的移動率的同時，能夠獲得良好的可再現(xiàn)性、良好的穩(wěn)定性、低閥值電壓以及大的開關(guān)電流比?！?nbsp; 

全球的實驗室均在追蹤研究室溫處理技術(shù)，以便利用廉價、高產(chǎn)的滾轉(zhuǎn)壓力及噴墨打印技術(shù)，制造大型顯示器以及像RFID這樣的低成本應(yīng)用產(chǎn)品。那樣就不需要清潔室這樣昂貴高價的處理設(shè)備。許多方法在利用有機材料制作晶體管的同時，嘗試?yán)眯虏牧系男纬蓙碓黾与娮右苿勇实耐緩健?nbsp; 

其它一些方法已經(jīng)實現(xiàn)了高于喬治亞科技大學(xué)小組的電子移動率，但是，只是通過高溫創(chuàng)建有機晶體管。Kovio公司已經(jīng)為利用滾轉(zhuǎn)制造技術(shù)，通過噴墨方法開發(fā)了用于制造薄膜晶體管的無機硅，盡管制作溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于塑料襯底能夠承受的溫度。  

雖然沒有實現(xiàn)高溫方法所能達(dá)到的電子移動率(Kovio公司聲稱電子移動性與多晶硅一樣好)，喬治亞科技大學(xué)實現(xiàn)的電子移動率已經(jīng)優(yōu)于非晶硅。它的一個潛在應(yīng)用就是作為僅僅要求16ms刷新率的服務(wù)顯示器。此外，它們可以被印制在廉價的塑料襯底上。  

構(gòu)建在幾年的設(shè)計改進(jìn)上，Kippelen聲稱他的小組已經(jīng)確定了需要在低溫下針對高電子移動率進(jìn)行最優(yōu)化的材料和參數(shù)?！拔覀兊墓ぷ鹘⒃趯τ袡C半導(dǎo)體進(jìn)行純化和處理的幾年研究經(jīng)驗之上，”Kippelen說，“對柵極介質(zhì)以及電極金屬的選擇也起到了重要作用?！?nbsp; 

Bernard Kippelen教授(中)在晶體管項目上與喬治亞科技大學(xué)的研究科學(xué)家Benoit Domercq以及博士候選人Xiao-Hong Zhang攜手合作。  

為方便起見，演示器件是在硅襯底上制作的，但是，研究人員聲稱，他們的有機C60晶體管使用的所有元素均在室溫下制成。用于晶體管的金屬電極是利用跟有機發(fā)光二極管以及塑料太陽能電池制作所采用的透明工藝一樣的工藝沉積而成。  

“我們的電極是利用遮光板以及熱蒸發(fā)工藝在有機半導(dǎo)體的頂層制成的，”Kippelen說，“通過保持金屬源極和襯底之間的距離足夠大(3英寸)，讓襯底在沉積過程之中不會過熱?！?nbsp; 

下一步，研究人員將探索證明制作n溝道和p溝道晶體管的方法，以便利用室溫有機材料制成用于有源矩陣顯示器的CMOS反相器、振蕩器、邏輯門以及驅(qū)動器等類似的輔助電路。  

“用塑料襯底取代硅襯底也是我們將來研究計劃的一個組成部分，”Kippelen說。  

采用C60制作晶體管溝道的一個缺點在于它們對氧氣敏感，意味著這種器件必須在氮氣環(huán)境中工作。研究人員計劃通過重新形成富勒思分子并把器件封裝中的空氣排掉來解決這個問題。