Проекты

Исследование зависимости передаточных и выходных характеристик полевых транзисторов на основе органических кристаллов-полупроводников DH-P-TTA от материала электродов

Работа победителя открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» в секции «Приборостроение, микроэлектроника и схемотехника» среди работ учащихся 10−11 классов

Направление работы: Биохимия, Микроэлектроника, Схемотехника
Авторы работы: 1434@edu.mos.ru
Предметы: Физика, Химия
Классы: 10 класс
Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Инженеры будущего» 2020 года

Актуальность

Сейчас проходит всё больше исследований в области органической электроники. Органические кристаллы уже широко используются в изготовлении экранов телевизоров, телефонов и т. д. По сравнению с жидкокристаллическими дисплеями, технология AMOLED имеет более высокое разрешение, более эффективное энергопотребление, яркие и контрастные цвета. Такая конструкция имеет большое количество преимуществ перед жидкокристаллическими и плазменными дисплеями, однако присутствие неорганических транзисторов ограничивает гибкость и прозрачность устройств и усложняет сборку конечного продукта. Разработка органических светоизлучающих транзисторов, которые одновременно выполняют и управляющую, и светоизлучающую функции, позволит существенно упростить изготовление дисплеев, сохранив преимущества органических технологий, такие как низкая стоимость производства, гибкость и прозрачность, и обещает стать новой коммерчески успешной технологией в области органической электроники. Создание органических светоизлучающих транзисторов также является важнейшим этапом на пути к созданию органического инжекционного лазера.

Цель

Определить лучший материал для электродов полевых транзисторов, основанных на полупроводящем органическом веществе DH-P-TTA.

Задачи

1.  Подготовить подложку для кристаллов.

2.  Вырастить кристаллы на основе органического вещества DH-P-TTA на подложке.

3.  Нанести разные электроды (графитовая паста, PEDOT: PSS) на подложки с кристаллами.

4.  Исследовать характеристики получившихся транзисторов.

5.  Сравнить транзисторы между собой.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

  • Ультразвуковая и ультрафиолетовая ванны
  • Аргоновый бокс
  • Оптический микроскоп
  • Микроплоттер
  • Высокоточный мультиметр и весы

Описание

С помощью весов авторы подбирали подходящие массы растворителя и вещества DH-P-TTA для получения растворов концентраций 0,4 г/л и 0,2 г/л. Растворитель – ортодихлорбензол C6H4C12. Авторы использовали магнитную мешалку, чтобы довести раствор до однородного состояния. Для этого они в растворы опускали магниты, включали прибор и ставили температуру 60 ºС. Сначала авторы очистили кремниевые подложки в ультразвуковой ванне при помощи ультразвука. А с помощью ултрафиолетовой ванны авторы очистили подложки от микромусора. Авторы поместили их будущие транзисторы в аргоновый бокс, потому что аргон – инертный одноатомный газ без цвета, вкуса и запаха, который позволяет исключить процессы окисления кристалла и подложки. В боксе авторы наносили растворы на подложки и оставляли кристаллы расти. После того как кристаллы выросли, авторы находили подходящие, используя оптический микроскоп. Авторы использовали микроплоттер, чтобы точно нанести жидкие электроды PEDOT:PSS на подложку с кристаллами. Графитовые электроды они наносили вручную. Электроды из золота были уже нанесены на подложку, а кристаллы авторы выращивали поверх этих электродов. Авторы исследовали транзисторы на высокоточном мультиметре, подключённом к компьютеру. Они пропускали ток через кристаллы, увеличивая, а потом уменьшая напряжение сток-исток. Это позволяло им определить характеристики транзисторов и наглядно показать их на графиках. Из графиков характеристик авторы делали выводы и по другим свойствам транзисторов, такие как подвижность зарядов в полупроводнике и другие.

Результаты работы/выводы

Построив графики и проанализировав полученные данные, авторы получили и сравнили значения различных характеристик получившихся транзисторов. В итоге получилось, что PEDOT:PSS показал себя лучше всего в качестве материала для электродов полевых транзисторов. Ещё был получен вывод, что вещество DH-P-TTA можно использовать для создания светоизлучающих транзисторов. Этот вывод подтвердился, когда авторам удалось зафиксировать люминесценцию на транзисторе с электродами из золота.

Перспективы использования результатов работы

В своей работе мы пришли к тому, что вещество DH-P-TTA можно использовать для создания светоизлучающих транзисторов. Это можно применять в последующих исследованиях и проектах.

Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы

Лаборатория органической электроники физического факультета МГУ имени М. Ю. Ломоносова

Мнение автора

«Мне очень понравилось работать в дружной команде под руководством терпеливого и понимающего руководителя. Я думаю, что именно благодаря проекту «Инженерный класс в московской школе» мне удалось развить свои наклонности в области математики и физики, а также найти друзей со схожими интересами. Также мы всей командой очень рады, что стали победителями конференции «Инженеры будущего», и жаль, что в этом году не удалось провести её очно»