El transistor es el bloque de construcción más fundamental de la electrónica, se utiliza para construir circuitos capaces de amplificar señales eléctricas o cambiarlas entre 0 y 1 en el corazón de la computación digital. La fabricación de transistores es un proceso muy complejo, sin embargo, requiriendo alta temperatura, equipo de alto vacío.

Ahora, Los ingenieros de la Universidad de Pensilvania han mostrado un nuevo enfoque para fabricar estos dispositivos:depositar secuencialmente sus componentes en forma de "tintas" de nanocristales líquidos.

Su nuevo estudio, publicado en Ciencias , abre la puerta para que los componentes eléctricos se integren en aplicaciones flexibles o portátiles, ya que el proceso de temperatura más baja es compatible con una amplia gama de materiales y se puede aplicar a áreas más grandes.

Los transistores de efecto de campo basados ​​en nanocristales de los investigadores se modelaron sobre soportes de plástico flexible utilizando revestimiento giratorio, pero eventualmente podrían construirse mediante sistemas de fabricación aditiva. como las impresoras 3D.

El estudio fue dirigido por Cherie Kagan, el profesor Stephen J. Angello de la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas, y Ji-Hyuk Choi, luego un miembro de su laboratorio, ahora es investigador principal del Instituto Coreano de Geociencias y Recursos Minerales. Han Wang, Soong Ju Oh, Taejong Paik y Pil Sung Jo del laboratorio Kagan contribuyeron al trabajo. Colaboraron con Christopher Murray, un profesor de Penn Integrates Knowledge con nombramientos en la Facultad de Artes y Ciencias y Penn Engineering; Los miembros del laboratorio de Murray Xingchen Ye y Benjamin Diroll; y Jinwoo Sung de la Universidad Yonsei de Corea.

Los investigadores comenzaron tomando nanocristales, o partículas a nanoescala aproximadamente esféricas, con las cualidades eléctricas necesarias para un transistor y dispersando estas partículas en un líquido, Fabricación de tintas de nanocristales.

El grupo de Kagan desarrolló una biblioteca de cuatro de estas tintas:un director (plateado), un aislante (óxido de aluminio), un semiconductor (seleniuro de cadmio) y un conductor combinado con un dopante (una mezcla de plata e indio). El "dopado" de la capa semiconductora del transistor con impurezas controla si el dispositivo transmite una carga positiva o negativa.

"Estos materiales son coloides como la tinta de su impresora de inyección de tinta, "Kagan dijo, "pero puede obtener todas las características que desea y espera de los materiales a granel análogos, como si son conductores, semiconductores o aislantes.

"Nuestra pregunta era si podría colocarlos sobre una superficie de tal manera que trabajen juntos para formar transistores funcionales".

Las propiedades eléctricas de varias de estas tintas de nanocristales se habían verificado de forma independiente, pero nunca se habían combinado en dispositivos completos.

"Este es el primer trabajo, "Choi dijo, "mostrando que todos los componentes, el metálico, aislante, y capas semiconductoras de los transistores, e incluso el dopaje del semiconductor podría hacerse a partir de nanocristales ".

Tal proceso implica colocarlos en capas o mezclarlos en patrones precisos.

Primero, la tinta conductora de nanocristales de plata se depositó a partir de líquido sobre una superficie de plástico flexible que se trató con una máscara fotolitográfica, luego giró rápidamente para sacarlo en una capa uniforme. Luego se quitó la máscara para dejar la tinta plateada en la forma del electrodo de puerta del transistor. Los investigadores siguieron esa capa recubriendo por rotación una capa del aislante a base de nanocristales de óxido de aluminio, luego una capa del semiconductor basado en nanocristales de seleniuro de cadmio y finalmente otra capa enmascarada para la mezcla de indio / plata, que forma la fuente del transistor y los electrodos de drenaje. Al calentar a temperaturas relativamente bajas, el dopante de indio se difundió desde esos electrodos al componente semiconductor.

"El truco de trabajar con materiales basados ​​en soluciones es asegurarse de que, cuando agregas la segunda capa, no se lava el primero, etcétera, ", Dijo Kagan." Tuvimos que tratar las superficies de los nanocristales, tanto cuando se disuelven por primera vez como después de depositarlos, para asegurarnos de que tengan las propiedades eléctricas adecuadas y que se mantengan juntas en la configuración que queremos ".

Debido a que este proceso de fabricación completamente basado en tinta funciona a temperaturas más bajas que los métodos existentes basados ​​en el vacío, los investigadores pudieron hacer varios transistores en el mismo respaldo de plástico flexible al mismo tiempo.

"Fabricar transistores en áreas más grandes y a temperaturas más bajas ha sido el objetivo de una clase emergente de tecnologías, cuando la gente piensa en Internet de las cosas, electrónica flexible de gran superficie y dispositivos portátiles, ", Dijo Kagan." No hemos desarrollado todos los aspectos necesarios para que puedan imprimirse todavía, pero debido a que todos estos materiales se basan en soluciones, demuestra la promesa de esta clase de materiales y prepara el escenario para la fabricación aditiva ".