Наука и техника

25 апр 2018

Японцы создали первые резиновые транзисторы

Японские исследователи из Национального института AIST (National Institute of Advanced Industrial Science and Technology) разработали транзисторы нового типа, которые мягки, эластичны и выдерживают достаточно сильные механические воздействия. Большинство компонентов этих транзисторов изготовлено из резины, кремнийсодержащего геля и эластичного пластика. Благодаря этому транзисторы без потери работоспособности могут выдерживать механические нагрузки, могут быть погружены в воду и на них может наступить женщина на высоком каблуке-шпильке. Все это позволит изготавливать на базе подобных транзисторов датчики, которые будут располагаться на одежде или прямо на полу жилых, офисных и производственных помещений.

Транзистор изготавливается путем формирования электродов затвора, стока, истока, диэлектрического слоя и канала в объеме кремнийсодержащей резины, толщина которой не превышает 1 миллиметра. Размер одного транзистора составляет 1 на 1 миллиметр, а длина и ширина его канала - 700 и 50 микрометров соответственно.

Для формирования каждого из электродов транзистора используется композитный материал, удельная проводимость которого была повышена за счет введения углеродных нанотрубок в состав этого материала. Диэлектрический слой, отделяющий затвор от канала, изготовлен из гелеобразного полимерного материала, пропитанного ионной жидкостью, а сам канал представляет собой дорожку из углеродных нанотрубок, расположенных хаотичным образом, благодаря чему свойства этой дорожки соответствуют свойствам полупроводникового материала.

Гелеобразный изолирующий слой действует совсем не так, как слой окиси в обычных полевых транзисторах. Когда на затвор подается электрический потенциал, ионы приходят в движение и создают дополнительный ионный изолирующий слой, который и играет роль диэлектрика.

Отношение тока в открытом состоянии к току в закрытом состоянии у резинового транзистора невелико и составляет 104 при напряжении на затворе от -2 до 1 Вольта. И эти показатели не очень сильно изменяются при растяжении транзистора и последующем его возврате в исходное состояния. Некоторые изменения в параметрах начали проявляться лишь после 1000 деформаций, когда транзистор растягивался на 40-50 процентов от его первоначального размера. Более того, рабочие характеристики резинового транзистора практически не изменились, когда на него наступила женщина в туфле с высоким каблуком-шпилькой. Возникшее при этом давление составляло 25 килограмм на квадратный сантиметр, и это на 70 процентов выше, чем давление, оказываемое на дорогу шиной груженого автомобиля.

"Схемы с резиновыми транзисторами продолжают функционировать даже тогда, когда они свернуты или согнуты под острым углом" - рассказывает Ацуко Секигучи (Atsuko Sekiguchi), один из исследователей, - "Это позволит использовать такие схемы в даже самых сложных условиях, на одежде, на стенах и полах помещений, в промышленном оборудовании, на дорогах и во множестве других мест, где условия работы далеки от идеальных".