2013: Научные достижения ученых физфака МГУ
"Органические транзисторы на монослое молекул"
Исследователи физфака МГУ совместно с российскими и немецкими коллегами создали органические транзисторы и интегральные схемы на ультратонком активном слое толщиной в одну молекулу [Appl. Phys. Lett. 103, 043310 (2013)].
Органическая электроника обещает широкий спектр устройств (дисплеи, микросхемы, датчики и т.д.), которые могут быть сверхтонкими, легкими, гибкими и прозрачными и при этом дешевыми, что открывает новые применения, недоступные традиционной кремниевой электронике. Преимущества органической электроники также в том, что электронные устройства могут быть созданы с помощью т.н. «мокрых» технологий, т.е. нанесены на подложку из раствора методом струйной печати, распыления из аэрозольного баллончика и др. Одним из основных устройств органической электроники является органический полевой транзистор (ОПТ). Как и в обычном полевом транзисторе в нем есть три электрода — исток, сток и затвор. Электрический ток идет от истока к стоку, а его величина управляется с помощью третьего электрода – затвора, на который подается соответствующее напряжение, так что ток в активном слое меняется. Электрический ток в ОПТ идет главным образом по тонкому слою органической полупроводниковой пленки толщиной в несколько нанометров. Поэтому можно создать ультратонкие и эффективные ОПТ на слое толщиной в одну молекулу, если удается получить мономолекулярную пленку с хорошо упорядоченной структурой. Ранее эффективные монослойные ОПТ получали методом молекулярной самосборки (self-assembled monolayer, SAM), для этого подложку надо было погружать в раствор, содержащий полупроводниковые органические молекулы, и ждать много часов, чтобы молекулы 'прилипли' к подложке и образовали упорядоченный слой.
В своей недавней работе в Appl. Phys. Lett. 103, 043310 (2013) исследователи физфака МГУ под руководством доктора физ.-мат наук Дмитрия Паращука совместно с коллегами из Института синтетических полимерных материалов РАН (ИСПМ РАН) изготовили ультратонкие ОПТ, где монослой молекул толщиной в 3.5 нм нанесли методом Ленгмюра-Блоджетт. Такой метод позволяет быстро наносить монослойные пленки - всего за несколько минут. Вначале мономолекулярный кристаллический слой образуется на поверхности воды, а затем, не теряя внутренней высокоорганизованной структуры, переносится на подложку с электродами. Полученные таким методом ОПТ показали электрические характеристики не хуже, чем при использовании более затратной по времени SAM. Важно, что в отличие от метода SAM, ленгмюровская пленка очень слабо связана с подложкой, что не мешает хорошей работе ОПТ. В работе были изготовлены интегральные схемы из большого числа ОПТ (инвертор и генератор), в чем помогли немецкие коллеги из Института Макса Планка в Майнце. Выполненная работа открывает заманчивые перспективы производства ультратонкой электроники на основе метода Ленгмюра-Блоджетт.
Работа выполнена с применением оборудования, поставленного в рамках Программы развития МГУ.
