تتكون الترانزستورات بالكامل من بلورات نانوية

يتكون الترانزستور المبتكر من أربعة أنواع من الحبر: موصل (فضي)، عازل (أكسيد الألومنيوم)، شبه موصل (سيلينيد الكادميوم)، وموصل مدمج فيه مادة عازلة (خليط من الفضة والإنديوم).

[ترجمة د.نحماني موشيه]
الترانزستور هو لبنة البناء الأساسية في عالم الإلكترونيات، ويستخدم لصنع دوائر كهربائية قادرة على تضخيم الإشارات الكهربائية أو تبديلها بين حالات الإيقاف/التشغيل ضمن إطار الحوسبة الرقمية. يعد إنتاج الترانزستورات عملية معقدة للغاية، وتتطلب معدات خاصة مناسبة لظروف درجات الحرارة والضغط المرتفعة. الآن، نجح مهندسون من جامعة بنسلفانيا في إظهار نهج جديد لصنع الترانزستورات والأجهزة الإلكترونية الأخرى: وضع طبقات من البلورات النانوية السائلة فوق بعضها البعض. يمهد بحثهم، الذي نُشر للتو في مجلة Science المرموقة، الطريق لتطوير المكونات الإلكترونية التي يمكن دمجها في التطبيقات المرنة أو القابلة للارتداء، وذلك بفضل حقيقة أن العملية التي تتم عند درجة حرارة منخفضة نسبيًا مناسبة لمجموعة واسعة من أنواع المواد ويمكن تطبيقها في العديد من المجالات.
تمت طباعة الترانزستورات المعتمدة على البلورات النانوية على ركيزة بلاستيكية مرنة باستخدام طريقة الطلاء الدوراني، على الرغم من أنه سيكون من الممكن في المستقبل إنتاجها باستخدام طريقة أبسط، على سبيل المثال الطباعة ثلاثية الأبعاد. كانت الخطوة الأولى هي أخذ البلورات النانوية، أو الجسيمات النانوية الكروية التي لها الخصائص الإلكترونية المطلوبة للترانزستور ووضعها في سائل، مما يؤدي إلى تكوين حبر يتكون من بلورات نانوية. ابتكر الباحثون مجموعة من أربعة أنواع من الحبر: موصل (الفضة)، وعازل (أكسيد الألومنيوم)، وشبه موصل (سيلينيد الكادميوم)، وموصل يتم فيه دمج مادة عازلة (خليط من الفضة والإنديوم). . إن "طلاء" الطبقة شبه الموصلة للترانزستور بمادة أخرى يسمح بالتحكم في الطريقة التي ينقل بها الجهاز شحنة موجبة أو سالبة.
يوضح الباحث الرئيسي: "المواد التي طورناها تشبه تمامًا الحبر المستخدم في طابعة الحقن التجارية الموجودة في كل منزل أو مكتب اليوم". "ومع ذلك، يمكن تعديل موادنا بسهولة بحيث يمكن لكل منها أن يعمل كموصل أو شبه موصل أو عازل. كان سؤال بحثنا هو ما إذا كان من الممكن تكديسها فوق بعضها البعض على سطح ما بطريقة تسمح لها بالعمل معًا للحصول على ترانزستور نشط. وقد تم التحقق من الخصائص الإلكترونية لبعض أنواع الأحبار هذه بشكل منفصل في الماضي، ولكن لم يتم دمجها معًا للحصول على جهاز كامل. "هذا هو العمل الأول على الإطلاق الذي يُظهر أن جميع المكونات المعدنية والعازلة وشبه الموصلة للترانزستور يمكن استخدامها معًا لصنع بلورات نانوية."
في الخطوة الأولى، يتم وضع حبر البلورات الفضية النانوية الموصلة للكهرباء على سطح بلاستيكي مرن تمت معالجته مسبقًا بقناع ضوئي ثم يتم إزالته بسرعة للحصول على طبقة موحدة في السمك على شكل قطب بوابة الترانزستور. وفي الخطوات التالية، وضع الباحثون طبقة أخرى من العازل، وهي طبقة شبه موصلة، وفي الخطوة الأخيرة الطبقة المحفورة. بمساعدة التسخين المعتدل عند درجة حرارة منخفضة، يتم نفخ المادة الصلبة من طبقتها الأصلية إلى الطبقة شبه الموصلة. "إن العامل المهم في العمل مع المواد في المحلول يكمن في حقيقة أننا نتأكد من أنه عند إضافة الطبقة الثانية، فإنها لا تغسل الطبقة الأولى، وهكذا"، يوضح الباحث الرئيسي. "علينا أن نتأكد من أن الطبقات تلتصق ببعضها البعض دون أن تتداخل مع بعضها البعض." ونظرًا لأن عملية الإنتاج هذه برمتها، والتي تعتمد على محلول الحبر، تتم عند درجات حرارة منخفضة وليس تحت ظروف الفراغ، كما هو متعارف عليه اليوم، فقد تمكن الباحثون من وضع عدة ترانزستورات على نفس السطح البلاستيكي المرن وفي نفس الوقت. وقت.