Transistors orgànics de baix cost? És possible.

Un estudi realitzat per l’Institut de Ciència de Materials de Barcelona (ICMAB-CSIC) aconsegueix crear transistors d’efecte camp orgànics utilitzant dues tecnologies encara inexplorades en aquest camp: una mescla de materials innovadora i tècniques d’impressió de baix cost.

La investigació, patentada i publicada a diverses revistes internacionals (Advanced MaterialsScientific Reports), ha permès crear transistors d’efecte camp d’alt rendiment, molt estables i compatibles amb medis aquosos, mitjançant un mètode fàcilment escalable.

L’estudi és liderat per Marta Mas-Torrent, investigadora de l’ICMAB-CSIC i guanyadora d’una beca “Prova de Concepte” del Consell Europeu de Recerca (ERC) per treure aquesta tecnologia al mercat. L’estudi està emmarcat dins del projecte LAB-TECH: Large area organic devices with bar-assisted meniscus shearing technology.

La llei de Moore

Els transistors són components elèctrics semiconductors que s’utilitzen en tots els aparells electrònics i en circuits digitals, sobretot com a amplificadors. És el component principal de l’electrònica moderna, i segurament un dels millors èxits del segle XX.

Al 1975 Gordon Moore va predir que el nombre de transisotrs en un xip es duplicaria cada dos anys. Això vol dir que cada cop els podem fer més petits. D’això se’n diu la llei de Moore, i se segueix complint avui en dia!

Els transistors d’efecte camp (FET: field-effect transistor) utilitzen un camp elèctric per controlar la conductivitat d’un material semiconductor. La majoria utilitzen les oblees de silici com a semiconductor, o d’altres estan formats per un suport, com el vidre, i una pel·lícula fina d’un semiconductor a sobre. Aquests últims s’anomenen transistors amb estructura de capa fina (TFT: thin film transistors).

Transistors d’efecte camp orgànics?

Els primers transistors a utilitzar-se eren de materials semiconductors inorgànics, com el silici o el germani. En els transistors d’efecte camp orgànics (OFET: organic field effect transistors) s’utilitza un material semiconductor orgànic. El primer obtingut amb èxit va ser al 1987, utilitzant polímers conductors. Amb el temps, s’ha vist que els transistors d’efecte camp orgànics són molt eficients i econòmics que els clàssics inorgànics.

El material semiconductor utilitzat en aquest estudi consisteix en molècules semiconductores orgàniques (tipus dibenzo-tetratiafulvalè (DB-TTF) o 6,13-bis(triisopropilsililetinil) pentacè (TIPS-pentacè)) dissoltes en un polímer aïllant (el poliestirè). La mescla obtinguda permet que el processat sigui fàcil i que el transistor obtingut sigui molt estable.

Com un corró de pastisseria

Aquests transistors d’efecte camp orgànics tenen una estructura de capa fina (TFT: thin film transistors). Per fabricar-los, en aquest estudi s’utilitza la tècnica d’impressió de baix cost anomenada “bar-assisted meniscus shearing” (BAMS). Consisteix en una barra metàl·lica cilíndrica que diposita la mescla de materials sobre un substrat prèviament escalfat. Quan la barra es retira, es forma una pel·lícula fina i uniforme (d’uns 30 nm) que ràpidament cristal·litza. La tècnica vindria a ser com un corró de pastisseria que va deixant la massa de pizza sobre el marbre de la cuina.

La tècnica és fàcilment escalable i permet el processat en substrats flexibles d’elevada superfície i en condicions ambientals: no cal una sala blanca (amb control d’humitat, temperatura i partícules de l’aire) o treballar en una caixa seca. A més, la temperatura de preparació és baixa, en comparació amb els materials inorgànics.

De què podrien servir?

Els transistors orgànics no podran mai substituir els inorgànics en termes de velocitat, és a dir, per fabricar ordinadors ràpids. No obstant, tenen un rendiment excepcional, i al ser compatibles amb substrats flexibles, obren la porta a altres aplicacions on es requereixen dispositius econòmics i flexibles.

A més, poden funcionar a voltatges inferiors a 1 V amb alta densitat de càrrega, i es poden fabricar en condicions ambientals i amb tècniques d’impressió de baix cost: són ideals per obtenir moltes funcions electròniques en substrats de gran superfície. Per exemple, en roba intel·ligent, o en el camp dels (bio)sensors.

Aquest tipus de transistors també són adequats en aplicacions bioquímiques incompatibles amb transistors inorgànics, ja que utilitzen medis aquosos com a material dielèctric.

Com veieu, l’electrònica orgànica i la clàssica són tecnologies totalment compatibles!

Curiositat:

Tot i que ja hi ha indicis de transistors des dels anys 20, aquest any 2017 es compleixen 70 anys del considerat com el primer transistor, pel qual John BardeenWalter Houser Brattain i  William Shockley, de Laboratoris Bell, van guanyar el Premi Nobel al 1956 “per les seves investigacions sobre semiconductors i el seu descobriment de l’efecte transistor”. No ens podem oblidar de Morgan Sparks, que va entrar quan hi estaven treballant, i va fer-hi contribucions molt importants.

Marc Boada, gran divulgador cientific (antic presentador del QuèQuiCom), aquest any ha aconseguit fer una rèplica del primer transistor. Aquí el tenim, com Morgan Sparks, meravellats amb aquesta fantàstic invent (les fotos són del seu facebook).

 Referència dels articles i patent:

Anuncis

Els comentaris estan tancats.

Create a website or blog at WordPress.com

Up ↑

%d bloggers like this: