Высокопроизводительные транзисторы созданы на гибких пластиковых листах

02 мая
Высокопроизводительные транзисторы созданы на гибких пластиковых листах

Используя технику, известную как нанопечатная литография, исследователи из Университета Висконсин-Мэдисон (UW Madison) и их партнеры создали прорывный метод, чтобы обеспечить простое изготовление недорогих, высокопроизводительных, беспроводных, гибких Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors (Оксидных полупроводниковых, МОП-транзисторов), чтобы преодолеть многие из проблем, возникающие при эксплуатации устройств, изготовленных с использованием стандартных методик.

Созданные из больших рулонов мягкого пластика, эти МОП-транзисторы могут быть использованы, чтобы сделать множество различных устройств, начиная от носимой электроники до изгибаемых датчиков.

МОП-транзисторы являются полупроводниковыми компонентами, которые быстро заменили обычные биполярные транзисторы в электронных схемах из-за их низких требований тока, возможности высокочастотности, и в целом повышения производительности.

Эти полупроводниковые приборы работают путем модуляции - концентрации заряда через внутреннюю емкость вдоль каналов между ее электродами для получения электрического тока.

Другими словами, путем подачи напряжения на один электрод (известный как "ворота"), электрическое поле создается в подложке, расположенной между двумя другими электродами (известными как "источник" и "опорожнение"), что приводит к каналу, чтобы открыть поток электронов между ними.

Модулируя напряжение, приложенное к электроду, можно увеличить или уменьшить тока, и поэтому он может быть использован для усиления в цепи.

Тем не менее, существенное уменьшение размера транзисторов, чтобы удовлетворить спрос на постоянно уменьшающиеся интегральные схемы, повлекло за собой проблемы.

В частности, способность МОП-транзисторов эффективно производить электрический ток, так как стандартной технология изготовления полупроводников, как правило, не в состоянии контролировать уровень легирования достаточно точно, чтобы обеспечить последовательные характеристики канала по отдельным компонентам.

Как правило, МОП-транзисторы выращивают слой диоксида кремния (SiO 2) на верхней части кремниевой подложки, а затем осаждают слоя металла или поликристаллического кремния над ним. Тем не менее, этот метод может быть относительно неточным и его трудно полностью контролировать, поэтому легирование может иногда протекать в нежелательных областях, создавая то, что было названо "эффектом короткого канала".

Здесь понадобится новая методика, разработанная Университетом Мэдисон и его университетами-партнерами по всему США.
Для повышения качества полупроводников за счет снижения вероятности утечки легирующей примеси, исследователи использовали процесс электронно-лучевой литографии (метод, впервые возникший для коммерческого использования в производстве полупроводников Fujitsu и Advantest десять лет назад). Затем его формуют и вытравливают для получения гораздо более физически контролируемого процесса производства.

Команда начала путем нанесения на поверхность положительно легированного слоя кремния толщиной 270 нм. Наномасштабные окопы были затем сделаны в слое устройства с использованием электронно-лучевой литографии, а затем сухого травления для создания кремния наномембраны.

Затем исследователи удалили слой кремния наномембраны и перенесли его на другой субстрат, состоящий из пластиковой пленки с клеем (полиэтилентерефталат "ПЭТ"). Заключительные этапы изготовления включают добавление дополнительного сухого травления, чтобы изолировать и определить область канала и депонировать ворота диэлектрических слоев и ворота металла.

Это на самом деле довольно простой процесс, и, возможно, менее сложный, чем легирование и осаждение на основе методов, используемых в обычном полупроводниковом производстве сегодня.

Преимущество такой контролируемой, точной техники приводит к тому, что полупроводник становится наделен уникальным, трехмерным током, что означает, что он потребляет гораздо меньше энергии и работает намного эффективнее, чем стандартные версии этих полупроводников.

На самом деле, новые транзисторы, как сообщается, работают при скорости записи 38 гигагерц, а моделирование показывает, что они могут быть даже способны работать при 110 гигагерц с помощью всего лишь немного тонкой настройки.

Но скорость не была достигнута за счет снижения размера; новый метод обеспечил более узкий способ резки, чем в обычных методах, так что может быть возможным использовать эти транзисторы в небольших устройствах.

Исследователи также утверждают, что новый транзистор особенно подходит для радиочастотных приложений, так как он предназначен для передачи данных или передачи энергии без проводов. Эта способность может оказаться особенно полезной в приложениях, начиная от носимой электроники до датчиков.

Гибкие полупроводниковые приборы не могут считаться новой концепцией, так как были подобные исследования носимой электроники и гибких мембран, но исследователи говорят, что этот альтернативный недорогой процесс, производящий такие высокоэффективные полупроводники, является особенно новаторским.

Тем более, что они считают, что он может быть легко масштабируемым для использования при обработке рулонов пластиковых листов, что позволило бы производителям полупроводников бесконечно повторяют узоры травления и массово производить многие сотни тысяч устройств на одном рулоне гибкого пластика.

Источник

Просмотров: 482