Технологии производства органических тонкопленочных транзисторов вызывают огромные интерес, особенно в ракурсе создания гибких электронных устройств, которые могут взаимодействовать с биологическими системами. Однако не высокий коэффициент инжекции носителей до сих пор был ключевым ограничением производительности подобных устройств. В своей последней работе ученым из Канады удалось существенно повысить производительность при помощи использования для органических тонкопленочных транзисторов с различной морфологией и структурой электродов на основе одностенных углеродных нанотрубок.

Углеродные нанотрубки до сих пор активно исследовались в роли основного элемента углеродной электроники. Но в своей последней работе ученые из Ecole Polytechnique de Montreal, Richard Martel 's Group в Université de Montreal, а также Institute of Materials for Electronics and Magnetism (Канада) заинтересовались явлениями, которые можно было бы наблюдать, используя в электронных устройствах электроды из одностенных углеродных нанотрубок.

В рамках своих экспериментов они создали электроды для тонкопленочных транзисторов на поверхности кремния, покрытого слоем диэлектрика SiO₂ толщиной около 100 – 200 нм. Далее при помощи сверхзвукового молекулярного осаждения, позволяющего формировать покрытия в широком диапазоне температур, они добавили в структуру органический полупроводник фталоцианин титанила.

Это не лучший органический полупроводник, который можно использовать для производства полевых транзисторов, но при определенной обработке он позволяет получить довольно высокую мобильность зарядов.

В рамках своей работы исследователи смогли изучить воздействие морфологии и структуры различных органических полупроводников на подвижность зарядов при помощи манипулирования температурой подложки в диапазоне от комнатной (приводящей при осаждении к аморфной фазе фталоцианина титанила) до 230 градусов Цельсия (позволяющей получить преимущественно триклинную кристаллическую фазу этого органического полупроводника).

Исследователи обнаружили, что

использование углеродных нанотрубок позволяет повысить подвижность носителей заряда в транзисторах на один и более порядков по сравнению с устройствами на золотых электродах.

Более того, по их данным,

применение массивов однослойных углеродных нанотрубок в качестве электродов позволяет повысить эффективность инжекции во всех видах органических материалов независимо от параметров и структуры (причем, речь идет как о положительных, так и об отрицательных носителях заряда).

Подобное поведение связано с тем, что

углеродные нанотрубки являются одномерными объектами, и напряженность электрического поля на конце такой трубки может быть очень высока. Эта особенность и обеспечивает эффективную инжекцию зарядов в органические материалы.

Важным преимуществом углеродных нанотрубок по сравнению с другими электродными системами является их невысокая стоимость производства. В ближайшее время они могут оказаться значительно дешевле, чем электроды из благородных металлов, например, золота или платины.

Также углеродные нанотрубки совместимы с различными универсальными методиками обработки и могут быть соединены с другими органическими материалами.

Подробные результаты работы опубликованы в журнале Nanotechnology.

В ближайшем будущем ученые планируют изучить транзисторы с иной геометрией, а также продемонстрировать влияние электродов из углеродных нанотрубок на материалы, известные своей высокой подвижностью зарядов (выращивая монокристаллы непосредственно на устройстве).