(PhysOrg.com) -- Les appareils électroniques ne peuvent pas bien fonctionner à moins que tous les transistors, ou des interrupteurs, à l'intérieur d'eux permettent au courant électrique de circuler facilement lorsqu'ils sont allumés. Une équipe d'ingénieurs a déterminé pourquoi certains transistors en cristaux organiques ne fonctionnent pas bien, donner des idées sur la façon de les faire mieux fonctionner.

Fournir un aperçu d'une incohérence frustrante dans les performances de l'électronique fabriquée avec des matériaux organiques, Des chercheurs de Stanford ont montré que la façon dont les limites entre les cristaux individuels dans un film sont alignées peut faire une différence de 70 fois dans la facilité avec laquelle le courant, ou des charges électriques, peut se déplacer à travers des transistors.

La recherche, qui pourrait aider les ingénieurs à concevoir de meilleurs écrans numériques et autres appareils, a été publié en ligne le 8 novembre dans la revue Matériaux naturels .

Les semi-conducteurs organiques ont beaucoup à offrir en électronique. Ils sont bon marché et flexibles, et le processus de production est beaucoup plus simple que pour les puces de silicium traditionnelles. Des applications telles que des écrans d'affichage d'ordinateur, les enseignes numériques ou les magazines en "papier électronique" sont des possibilités depuis plus d'une décennie, mais leur plein potentiel semble toujours au coin de la rue. Un problème persistant est que les performances d'un transistor à l'autre varient beaucoup plus que ce qui peut être autorisé dans des dispositifs commercialement viables.

"Vous pouvez créer un seul appareil doté d'une grande mobilité de charge, ' mais il faut vraiment en faire des milliers, " dit Alberto Salleo, professeur adjoint de science et d'ingénierie des matériaux à Stanford et co-auteur principal de l'article. "La plupart des groupes de recherche signalent une variation élevée de cette mobilité. Ce que nous avons fait ici, c'est essayer de comprendre les causes de la variation."

Étude systématique

Le groupe de Salleo a dirigé une équipe multidisciplinaire de chercheurs dans l'étude systématique d'un coupable probable des performances incohérentes des transistors dans les dispositifs polycristallins :les limites de « grain » entre les cristaux. Il s'avère que les différences d'alignement des limites peuvent faire en sorte que le chemin que doivent suivre les charges électriques à travers un transistor ressemble plus à une corvée décousue à travers la sécurité de l'aéroport qu'à la course d'un sprinteur.

Pour examiner le rôle que joue l'alignement des limites, l'auteur principal de l'article, étudiant diplômé Jonathan Rivnay, fait croître des cristaux d'un semi-conducteur organique appelé PDI8-CN2, synthétisé à Northwestern University et Polyera Corp., une entreprise d'électronique organique, en utilisant un processus qui assure un alignement cohérent d'un cristal à l'autre dans une direction particulière.

Il a ensuite fabriqué des transistors dans lesquels les charges pouvaient circuler à travers des molécules bien alignées les unes avec les autres, et d'autres où les molécules étaient mal alignées à travers les joints de grains. Le premier type de transistors fonctionnait bien mieux. Il est allé plus loin pour lier les propriétés de ces frontières à l'emballage moléculaire dans les cristaux.

En plus des mesures électriques directes de l'équipe, les chercheurs ont utilisé des informations provenant de calculs théoriques approfondis, réalisé par le co-auteur John E. Northrup au Xerox Palo Alto Research Center, et avec l'analyse aux rayons X dirigée par le co-auteur Michael Toney à la source lumineuse de rayonnement synchrotron de Stanford.

Pourrait influencer la production future

Rivnay a déclaré que le travail de l'équipe pourrait fortement influencer la façon dont l'électronique à cristal organique sera fabriquée à l'avenir.

"Le problème de comprendre les défauts des matériaux électroniques organiques, y compris les joints de grains, est très important pour toute application de dispositif, " dit Rivnay. " En comprenant mieux ce qui se passe à ces frontières, et à quel point ils sont préjudiciables, des améliorations peuvent être apportées à la fin de la chimie ainsi qu'à la fin de la conception et de la fabrication du processus. De cette façon, les appareils peuvent être plus reproductibles et plus performants."

Les autres auteurs étaient les étudiants diplômés de Stanford, Leslie Jimison en science et génie des matériaux et Rodrigo Noriega en physique appliquée; le chimiste de l'Université Northwestern, Tobin Marks; Shaofeng Lu, chercheur de Polyera Corp.; et Antonio Facchetti, membre du corps professoral de Northwestern et directeur de la technologie de Polyera. Le financement provenait de plusieurs institutions fédérales américaines, y compris les départements de la Défense et de l'Énergie et la National Science Foundation, ainsi que l'Université des sciences et technologies du roi Abdallah en Arabie saoudite.

Fourni par l'Université de Stanford (actualité :web)