Integrierte Schaltungen (ICs) auf Basis organischer Transistoren haben viele wertvolle Anwendungen, beispielsweise bei der Herstellung von papierähnlichen Displays oder anderen großflächigen elektronischen Bauteilen. In den letzten Jahrzehnten haben Elektronikingenieure weltweit eine Vielzahl dieser Transistoren entwickelt.
Eine vielversprechende Alternative zu diesen Transistoren sind organische Dual-Gate-Dünnschichttransistoren mit vertikalem Kanal. Diese Transistoren haben mehrere vorteilhafte Eigenschaften, wie zum Beispiel kurze Kanallängen und abstimmbare Schwellenspannungen (VTH). Trotz dieser Vorteile hat sich die Entwicklung komplementärer Inverterschaltungen für diese Transistoren aufgrund des Mangels an geeigneten p- und n-Typ-Bauelementen bisher als Herausforderung erwiesen.
Forscher der Technischen Universität Dresden, des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) und der Northwestern Polytechnic University haben kürzlich vertikale organisch durchlässige Dual-Base-Transistoren entwickelt, die in Logikschaltungen integriert werden könnten. Sie bewerteten den möglichen Einsatz dieser Transistoren in komplexen integrierten Schaltkreisen.
„Das Doppeltor Transistor die wir im Rahmen unserer bisherigen Forschung entwickelt haben, besteht aus einem einzelnen vertikalen Kanal-Dünnfilm Transistor mit einem zusätzlichen zweiten Gate und einem zweiten Dielektrikum, mit dem die Schwelle eingestellt werden kann Spannung“, sagte Erjuan Guo, einer der Forscher, die die Studie durchgeführt haben. „In unserer neuen Studie haben wir die Funktion und den Nutzen der Vertikalkanal-Dual-Gate-Transistoren in komplizierteren integrierten Schaltungen, zum Beispiel organischen komplementären Invertern und Ringoszillatoren, weiter untersucht.
Guo und ihre Kollegen schufen integrierte komplementäre Inverter, indem sie vertikale n-Kanal-Transistoren mit organischer permeabler Basis (OPDBTs) und vertikale p-Kanal-Transistoren mit organischer permeabler Basis (OPBTs) verbanden. Insbesondere kann das zweite Gate in den OPDBTs die Ein- und Aus-Zustände der Transistoren steuern und so die Zustände der Inverter beeinflussen.
„Basierend auf den von uns gesammelten Messungen stellen wir fest, dass Dual-Base-Transistoren einen weiten Bereich der Schaltspannungssteuerbarkeit eines komplementären Wechselrichters über 0.8 V bei einer Eingangsspannung von < 2.0 V auf deterministische Weise ermöglichen“, sagte Guo. „Damit haben wir einen schaltspannungsabstimmbaren Wechselrichter realisiert Schaltung unter Verwendung eines VTH-abstimmbaren n-Typ-OPDBT und eines p-Typ-OPBT.“
Die von Guo und ihren Kollegen entwickelten Wechselrichter können auf Basis dynamischer Kennlinien auch bei 10 MHz des Eingangssignals High/Low-Ausgangssignale aufrechterhalten. Außerdem können sie auch sehr kurze Anstiegs- und Abfallzeitkonstanten von 5 ns und 6 ns erreichen.
Neben der Realisierung eines neuen organischen komplementären Inverters stellten Guo und ihre Kollegen siebenstufige komplementäre organische Ringoszillatoren her, die 7 Inverter integriert haben. Mit diesen Wechselrichtern konnten sie die Vorteile vertikaler organischer Transistoren für die dynamische Leistung demonstrieren.
„Bei einer Versorgungsspannung von 4.0 V liegt die gemessene Signallaufzeit mit 11 ns pro Stufe für den Ringoszillator in einem ähnlichen Bereich wie die Anstiegs- und Abfallzeit des einzelnen Inverters“, sagte Guo. „Diese Signalverzögerungen sind kurz im Vergleich zu denen, die bisher für organische Ringoszillatoren auf jedem Substrat bei Versorgungsspannungen von weniger als 10 V berichtet wurden.“
Guo und ihre Kollegen waren die ersten, die organische Dünnschichttransistoren mit vertikaler Doppelbasis mit zwei Basen verwendeten, um integrierte komplementäre Wechselrichter herzustellen. Ihre Arbeit könnte andere Teams inspirieren, ähnliche Wechselrichter zu entwickeln und so den Weg für die Entwicklung neuer . ebnen elektronisch Komponenten.
Die Studie bestätigt das Potenzial der Verwendung vertikaler organischer Transistoren zur Herstellung von Hochfrequenz-Logikschaltungen. Die Transistoren sind derzeit nicht schnell genug, um in großem Maßstab implementiert zu werden, daher plant das Team weitere Studien, die darauf abzielen, die Geschwindigkeit zu erhöhen und die Größe von organischen Dual-Base-Transistoren mit vertikalem Kanal zu reduzieren.
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