Strækbare grafentransistorer overvinder begrænsninger af andre materialer

(PhysOrg.com) -- Når det kommer til at fremstille strækbare, gennemsigtig elektronik, at finde et materiale at lave transistorer af har været en væsentlig udfordring for forskere. De har udforsket en række konventionelle halvledermaterialer, inklusive molekyler, polymerer, og metaller, men disse materialer har en tendens til at have iboende dårlige optiske og mekaniske egenskaber. Disse ulemper gør det vanskeligt at realisere en transistor, der kan opretholde sin optiske og elektriske ydeevne under en høj belastning. I en ny undersøgelse, forskere har fremstillet en strækbar, gennemsigtig grafen-baseret transistor og fandt ud af, at på grund af grafens fremragende optik, mekanisk, og elektriske egenskaber, transistoren overvinder nogle af de problemer, som transistorer fremstillet af konventionelle halvledermaterialer står over for.

Forskerne, ledet af Jeong Ho Cho fra Soongsil University i Seoul, Sydkorea, og Jong-Hyun Ahn fra Sungkyunkwan University i Suwon, Sydkorea, har offentliggjort deres undersøgelse i et nyligt nummer af Nano bogstaver .

"Vores arbejde inkluderer vigtige resultater sammenlignet med strækbare og gennemsigtige enheder rapporteret i den tidligere litteratur, ” fortalte Ahn PhysOrg.com . "Faktisk det er næsten umuligt at fremstille transistorer, der tilbyder både mekanisk strækbarhed og høj optisk gennemsigtighed på usædvanlige underlag såsom gummiplader eller balloner ved at bruge konventionelle materialer. I særdeleshed, grafenenheder har den fordel, at de kan integreres ved hjælp af printprocesser ved stuetemperatur uden vakuum eller høje temperaturtrin. Disse systemers muligheder rækker langt ud over konventionelle materialebaserede systemer."

For at fremstille transistoren, forskerne syntetiserede enkelte lag af grafen og stablede dem derefter lag for lag på kobberfolie. Brug af fotolitografi og ætsningsteknikker, forskerne mønstrede nogle af transistorens væsentlige elementer, inklusive elektroderne og den halvledende kanal, på grafen. Efter overførsel af disse komponenter til et strækbart gummisubstrat, forskerne printede de resterende komponenter - gate-isolatorer og gate-elektroder - på enheden ved hjælp af strækbar iongel.

Forskerne fandt ud af, at de grafenbaserede transistorer på gummiunderlag havde flere attraktive egenskaber. For eksempel, lavtemperaturtrykprocesserne gjorde fremstillingsteknikken meget enklere end teknikker, der kræver højtemperaturprocesser. Også, transistorer lavet af konventionelle uorganiske halvledende materialer kan ikke fremstilles på gummisubstrater på grund af deres dårlige mekaniske egenskaber, hvilket begrænser deres strækbare rækkevidde.

Forskernes eksperimentelle resultater bekræftede grafentransistorernes gode ydeevne. De viste, at enhederne kunne strækkes op til 5 % for 1, 000 gange og bevarer stadig deres gode elektriske egenskaber. I et eksperiment, forskerne fremstillede grafentransistorerne på en gummiballon og målte dens elektriske egenskaber, mens de pustede ballonen op. Når strakt mere end 5 %, de elektriske egenskaber begyndte at forringes, skyldes dels mikrorevner og andre defekter i grafenfilmene.

"Vi vil gøre en indsats for at forbedre rækkevidden af ​​strækbarhed og de elektroniske egenskaber af de nuværende grafenenheder og anvende dem på forskellige bærbare elektronik- og sensoriske skind, " sagde Ahn.

Forskerne forudser, at grafentransistorerne kan tjene som en værdifuld komponent i fremtidige gennemsigtige og strækbare elektroniske applikationer, tilbyder en ydeevne, der ville være svær at opnå ved brug af konventionelle elektroniske materialer. Applikationer kan omfatte rullebare skærme, konforme biosensorer, der former sig på en underliggende overflade, og andre.

"Strækbar elektronik kan være nyttig til forskellige nuværende og fremtidige applikationer, såsom bærbare skærme og kommunikationsenheder, konforme og strækbare biosensorer (hjernesensorer, ballon katetre, etc.), sensorisk hud til robotteknologi, og strukturelle sundhedsmonitorer og øjenkuglekameraer, " sagde Ahn. "Strækbare sammenkoblinger og enheder ville skabe foldbare, rullebare og bærbare skærme. Strækbare sensorer kan indlejres i handsker og tøj uden at fylde. Kirurghandsker kunne konstant overvåge blodets pH og andre kemiske niveauer."

Copyright 2011 PhysOrg.com.
Alle rettigheder forbeholdes. Dette materiale må ikke offentliggøres, udsende, omskrevet eller omdistribueret helt eller delvist uden udtrykkelig skriftlig tilladelse fra PhysOrg.com.