Des transistors bipolaires fabriqués à partir de matériaux organiques pour la première fois

Des scientifiques allemands affirment avoir développé des transistors bipolaires à partir de matériaux organiques, ouvrant la voie à une électronique flexible et transparente.

L’étude, dirigée par Shu-Jen Wang, chercheur post-doctoral Technische Universität Dresden, a construit un transistor à jonction bipolaire organique utilisant du rubrène dopé. Cela pourrait aider l’industrie des semi-conducteurs à passer aux matériaux organiques, en augmentant l’accès à une vaste bibliothèque de matériaux pour la construction d’appareils électroniques.

Les transistors sont à la base des circuits numériques d’aujourd’hui et, à un niveau simple, permettent à un signal d’en contrôler un autre. Ils peuvent amplifier un signal ou basculer entre les états « on » et « off », en contrôlant un courant de porteurs de charge – qui sont soit des électrons, soit leur contrepartie positive (trous), soit les deux.

Il existe deux grandes classes de transistors : les transistors à effet de champ et les transistors bipolaires. La plupart des transistors sont fabriqués à partir de matériaux inorganiques, le plus souvent du silicium. Au fil des décennies, les chercheurs ont commencé à explorer l’utilisation de matériaux organiques pour construire des transistors – qui pourraient créer des systèmes flexibles ou transparents – mais seuls les transistors à effet de champ ont été portés avec succès sur le nouvel ensemble de matériaux.

« Atteindre des mobilités élevées [of charge carriers] est simple pour les matériaux inorganiques, tels que le silicium, mais plus difficile pour les matériaux organiques. Néanmoins, depuis la première fabrication d’un transistor organique, d’une cellule solaire organique et d’une diode électroluminescente organique dans les années 1980, d’énormes progrès ont été réalisés dans le domaine de l’électronique organique, en particulier dans l’industrie des écrans OLED », explique Julie Euvrard et Barry Rand du Département de génie électrique et informatique de l’Université de Princeton.

“Les transistors à jonction bipolaire organique n’ont jamais été tentés auparavant car la mobilité des porteurs de charge est faible dans les semi-conducteurs organiques par rapport aux semi-conducteurs inorganiques”, ont-ils déclaré.

“Le défi consiste donc à fabriquer un transistor à jonction bipolaire fonctionnel en concevant un matériau organique à mobilité élevée pour les deux [types of] porteurs », ont déclaré les commentateurs. Comme la caractéristique de faible mobilité des matériaux organiques découle en partie d’un manque d’ordre cristallin, les chercheurs ont expliqué que ces films ont été conçus sur une matrice cristalline mince (environ 20 nanomètres) d’un semi-conducteur organique connu sous le nom de rubrène. .

Comme avantage secondaire du travail, les chercheurs ont pu mesurer la propriété semi-conductrice du matériau connue sous le nom de longueur de diffusion des porteurs minoritaires, qui n’avait pas été sondée auparavant dans les semi-conducteurs organiques.

“L’étude de Wang et ses collègues suggère que le transistor à jonction bipolaire organique pourrait présenter un moyen d’accéder à ce paramètre fondamental, permettant une meilleure compréhension de ces matériaux et l’amélioration des technologies existantes”, ont déclaré Euvrard et Rand.

Dans l’article, publié dans Nature mercredi, les chercheurs ont émis l’hypothèse que les semi-conducteurs organiques pourraient prendre en charge l’électronique à couches minces en raison de leurs matériaux à base de carbone biocompatibles à faible coût et de leur dépôt par des techniques simples telles que l’évaporation ou l’impression. L’approche pourrait “permettre l’utilisation de dispositifs à semi-conducteurs organiques pour l’électronique omniprésente, tels que ceux utilisés sur ou dans le corps humain ou sur les vêtements et les emballages.

“Nos résultats ouvrent la porte à de nouveaux concepts d’appareils d’électronique organique haute performance avec des vitesses de commutation toujours plus rapides”, ont-ils conclu. ®