I circuiti integrati (IC) basati su transistor organici hanno molte applicazioni preziose, ad esempio, nella fabbricazione di display simili alla carta o altri componenti elettronici di grandi dimensioni. Negli ultimi decenni, gli ingegneri elettronici di tutto il mondo hanno sviluppato una varietà di questi transistor.
Un'alternativa promettente a questi transistor sono i transistor a film sottile organici a doppio gate a canale verticale. Questi transistor hanno diverse proprietà vantaggiose, come brevi lunghezze di canale e tensioni di soglia sintonizzabili (VTH). Nonostante questi vantaggi, a causa della mancanza di appropriati dispositivi di tipo p e n, lo sviluppo di circuiti inverter complementari per questi transistor si è finora rivelato difficile.
I ricercatori della Technische Universitat Dresden, dell'Helmholtz-Zentrum Dresden Rossendorf (HZDR) e della Northwestern Polytechnical University hanno recentemente sviluppato transistor a doppia base permeabili organici verticali che potrebbero essere integrati in circuiti logici. Hanno valutato il potenziale utilizzo di questi transistor in circuiti integrati complessi.
“Il doppio cancello Transistor che abbiamo sviluppato come parte della nostra precedente ricerca consiste in un singolo film sottile a canale verticale Transistor con un secondo gate aggiuntivo e un secondo dielettrico, che può essere utilizzato per regolare la sua soglia voltaggio", ha detto Erjuan Guo, uno dei ricercatori che ha condotto lo studio. “Nel nostro nuovo studio, abbiamo studiato ulteriormente la funzione e i vantaggi dei transistor a doppio gate a canale verticale in circuiti integrati più complicati, ad esempio inverter complementari organici e oscillatori ad anello.
Guo e i suoi colleghi hanno creato inverter complementari integrati collegando transistor a doppia base permeabili organici a canale n verticale (OPDBT) e transistor a base permeabile organico a canale p verticale (OPBT). In particolare, la seconda porta negli OPDBT può controllare gli stati on e off dei transistor, influenzando così gli stati degli inverter.
"Sulla base delle misurazioni che abbiamo raccolto, troviamo che i transistor a doppia base consentono un'ampia gamma di controllabilità della tensione di commutazione di un inverter complementare su 0.8 V, a una tensione di ingresso di <2.0 V, in modo deterministico", ha affermato Guo. “Abbiamo quindi realizzato un inverter a tensione di commutazione sintonizzabile circuito utilizzando un OPDBT di tipo n sintonizzabile VTH e un OPBT di tipo p.
Sulla base delle caratteristiche di risposta dinamica, gli inverter sviluppati da Guo e dai suoi colleghi possono mantenere segnali di uscita alti/bassi anche a 10 MHz del segnale di ingresso. Inoltre, possono anche raggiungere costanti di tempo di salita e discesa molto brevi di 5 ns e 6 ns.
Oltre a realizzare un nuovo inverter complementare organico, Guo e i suoi colleghi hanno fabbricato oscillatori ad anello organici complementari a sette stadi, integrando 7 inverter. Questi inverter hanno permesso loro di dimostrare i vantaggi dei transistor organici verticali per le prestazioni dinamiche.
"A una tensione di alimentazione di 4.0 V, il ritardo di propagazione del segnale misurato è di 11 ns per stadio perché l'oscillatore ad anello è in un intervallo simile al tempo di salita e discesa del singolo inverter", ha affermato Guo. "Questi ritardi del segnale sono brevi rispetto a quelli riportati finora per gli oscillatori ad anello organici su qualsiasi substrato con tensioni di alimentazione inferiori a 10 V".
Guo e i suoi colleghi sono stati i primi a utilizzare transistor a film sottile organici a doppia base a canale verticale per fabbricare inverter complementari integrati. Il loro lavoro potrebbe ispirare altri team a creare inverter simili, aprendo così la strada alla creazione di nuovi elettronico componenti.
Lo studio conferma il potenziale dell'utilizzo di transistor organici verticali per fabbricare circuiti logici ad alta frequenza. I transistor non sono attualmente abbastanza veloci per essere implementati su larga scala, quindi il team prevede di condurre ulteriori studi volti ad aumentare la velocità e ridurre le dimensioni dei transistor organici a doppia base a canale verticale.
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