Stempeltransistor presteert beter en is eenvoudig te maken

De kwaliteit van organische halfgeleiders in transistoren (in plaats van de klassieke halfgeleiders als silicium) kan sterk verbeteren dankzij een nieuwe fabricagetechniek die gebruik maakt van een flexibel, rubberen stempel. Onderzoekers van de universiteit van Illinois in Urbana-Champaign en het onderzoekslaboratorium van Lucent Technologies in New Jersey ontwikkelden zo'n rubberen stempel om de verschillende elektroden en isolerende lagen waaruit een transistor is opgebouwd aan te brengen op een organisch halfgeleidermateriaal (Science, 12 maart). Dit soort transistoren moet in de toekomst de basis gaan vormen voor robuuste en lichte elektronische apparatuur. Een voorbeeld daarvan zijn flexibele beeldschermen waarin elk beeldpunt wordt aangestuurd door een afzonderlijke Field Effect Transistor (FET). Een probleem van organische halfgeleidermaterialen is dat ze nogal kwetsbaar zijn en vaak beschadigd raken tijdens de fabricage. Hierdoor is de werking vaak niet optimaal.

Daarom besloten Vikram Sundar en zijn collega's het andersom te doen. Met behulp van in de chipindustrie gebruikelijke technieken brachten ze de voor een FET benodigde elektronica aan op een flexibel stempel gemaakt van siliconenrubber. Om de transistor compleet te maken wordt dit stempel vervolgens voorzichtig op een organische halfgeleider gedrukt. Uit experimenten blijkt dat dit vele malen kan worden herhaald zonder de eigenschappen van de transistor negatief te beïnvloeden.

De tot nu meest onderzochte dunne film transistoren zijn opgebouwd uit talloze kleine kristalletjes. Telkens wanneer de elektronen de grens tussen twee van die kristalletjes passeren, raken ze enigszins uit de koers, wat hun mobiliteit negatief beïnvloedt. Sundar en zijn collega's gingen echter uit van een volmaakt kristal van het organische molecuul rubreen en wisten dat met behulp van de stempelmethode onbeschadigd tot een transistor te verwerken. De mobiliteit van de elektronen lag dan ook een factor vijftig tot honderd hoger dan in andere dunne film transistoren. Bovendien bleek de mobiliteit afhankelijk te zijn van de richting waarin de elektronen door het kristal bewegen, en dus van de richting waarin de elektroden zijn aangebracht. Dit onverwachte verschijnsel was nog niet eerder waargenomen.