Fleksibel, transparente tyndfilmstransistorer vækker håb om fleksible skærme

(Phys.org) — Elektronikverdenen har drømt om i et halvt århundrede af dagen, at du kan rulle et tv op i et rør. Sidste år, Samsung afslørede endda en smartphone med en buet skærm - men den var solid, ikke fleksibel; teknologien har bare ikke indhentet det endnu.

Men forskerne kom et skridt nærmere i sidste måned, da forskere ved det amerikanske energiministeriums Argonne National Laboratory rapporterede skabelsen af ​​verdens tyndeste fleksible, gennemsigtige 2-D tyndfilmstransistorer.

Disse transistorer er kun 10 atomlag tykke - det er omtrent hvor meget dine negle vokser i sekundet.

Transistorer er grundlaget for næsten al elektronik. Deres to indstillinger - til eller fra - dikterer 1'erne og 0'erne for computerens binære sprog. Tyndfilmstransistorer er en særlig undergruppe af disse, der typisk bruges i skærme og displays. Stort set alle fladskærms-tv og smartphones består i dag af tyndfilmstransistorer; de danner grundlaget for både LED'er og LCD'er (liquid crystal displays).

"Dette kunne gøre en gennemsigtig, næsten usynlig skærm, sagde Andreas Roelofs, medforfatter på papiret og midlertidig direktør for Argonne's Center for Nanoscale Materials. "Forestil dig et normalt vindue, der fungerer som en skærm, når du tænder det, for eksempel."

For at måle, hvor god en transistor er, du måler dets tænd-sluk-forhold – hvor fuldstændigt kan det slukke for strømmen? – og en egenskab kaldet "felteffektbærermobilitet, " som måler, hvor hurtigt elektroner kan bevæge sig gennem materialet.

"Vi var glade for at finde ud af, at tænd/sluk-forholdet er lige så godt som nuværende kommercielle tyndfilmstransistorer, " sagde Argonne postdoc og første forfatter Saptarshi Das, "men mobiliteten er hundrede gange bedre end den, der er på markedet i dag."

Holdet forsøgte også at bøje filmene for at teste, hvad der sker under stress. I de fleste tyndfilmstransistorer, materialet begynder at revne, hvilken, som du måske forestiller dig, påvirker ydeevnen. "Men i vores, egenskaberne ændrede sig overhovedet ikke, sagde Roelofs. Lagene glider bare og revner ikke.

Transistorerne bibeholdt også ydeevnen over et bredt temperaturområde (fra -320°F til 250°F), en nyttig egenskab inden for elektronik, som kan blive meget varmt.

At bygge transistorerne, holdet startede med et trick, der gav dets oprindelige University of Manchester-opfindere Nobelprisen:at bruge en stribe scotch tape til at pille et ark af wolframdiselenid af, der kun er atomer tykt.

"Vi valgte wolframdiselenid, fordi det giver den elektron- og hulledning, der er nødvendig for at lave transistorer med logiske porte og andre p-n-forbindelsesenheder, " sagde Argonne-forsker og medforfatter Anirudha Sumant.

Derefter brugte de kemisk aflejring til at dyrke plader af andre materialer ovenpå for at bygge transistoren lag for lag. Det endelige produkt er 10 atomlag tykt. (Se sidebjælken for en illustration).

Næste, holdet er interesseret i at tilføje logik og hukommelse til fleksible film, så du kunne lave ikke bare en skærm, men et helt fleksibelt og gennemsigtigt tv eller en computer.

"Imidlertid, der skal gøres mere arbejde med at udvikle syntese af wolframselenid i store arealer for at realisere det sande potentiale for anvendelser af vores arbejde, " sagde Sumant.