Göm menyn

Han fann snabba och tryckbara transistorn

Lars Herlogsson visar i sin avhandling hur man kan ta fram en fullt fungerande, snabb och tryckbar transistor i billig plast. Som om inte det var nog har han dessutom fått samtliga sex artiklar i avhandlingen publicerade i ansedda Advanced Materials.

Magnus Berggren

- En avhandling som saknar motstycke på LiU, det lär nog dröja ett tag innan vi får uppleva något liknande igen, säger en stolt handledare, Magnus Berggren professor i organisk elektronik på institutionen för teknik och naturvetenskap, Campus Norrköping.

Lars Herlogsson visar i sin avhandling att det med hjälp av polymerer, plaster som redan i dag produceras storskaligt i industrin, går att tillverka transistorer som är snabba och som kan drivas med små tryckta batterier, där drivspänningen ligger runt 1 volt.

De är synnerligen lämpade för tryckt elektronik.

Transistorn är uppbyggd av två polymerer, där den ena fungerar som en halvledare och den andra som elektrolyt - ett ämne som innehåller rörliga laddade joner och som kontrollerar strömmen som flyter genom transistorn.

Polymerer består av sammanlänkade kedjor av molekyler. Tack vare att den ena typen av laddade partiklar i elektrolyten, positiva eller negativa joner, binds till polymerkedjan i den halvledande polymeren blir det aktiva skiktet, där det elektriska fältet koncentreras i elektrolyten, mycket tunt - 1 nm - hur tjockt skiktet med elektrolyt än är.

Om det är negativa eller positiva joner som binds beror på om det är en transistor som är hål-ledande (p-kanal) eller om den är elektron-ledande (n-kanal).

Lars Herlogsson

Att det aktiva skiktet är så tunt gör också att drivspänningen blir låg. Genom att kombinera p- och n-kanaltransistorer har Lars Herlogsson byggt komplementära kretsar, CMOS-kretsar, och därmed fått ner effektförbrukningen.

- Det här är en robust CMOS-teknik som tillåter mycket låga drivspänningar, dessutom är den väl lämpad för tryckt elektronik, konstaterar han.

För att komma ner i samma låga drivspänning med traditionell teknik skulle det krävas 1 nm tunna skikt. Att trycka så tunna skikt är ogörligt eftersom tryckytan på exempelvis papper eller plastfilm är ojämn. Men att trycka exempelvis 100 nm tjocka skikt, som det handlar om här, låter sig göras med konventionell tryckteknik.

Idén att skapa ett tunt aktivt skikt imponerade också på elektronikprofessorn Christer Svensson, numera emeritus, i betygsnämnden.

- Ett vetenskapligt mycket snyggt jobb, en intelligent idé som han också tydligt kunde visa fungerar. Det kan nog finnas applikationer för den här typen av elektronik där kisel inte kan konkurrera, som i stora TV-skärmar, säger han.

Fokus i Lars Herlogssons avhandling har varit att få fram ett materialsystem för polymerbaserade organiska transistorer som går att trycka till ett rimligt pris. Resultatet är en transistor av den typ som inom traditionell elektronik kallas fälteffekttransistor och fyra av avhandlingens artiklar handlar om just det, men här finns två artiklar till: En som handlar om vävd elektronik där de organiska elektrolyt-transistorerna bäddats in i korsningar mellan textila mikrofibrer. Och en annan som visar hur man kan göra en organisk fälteffekttransistor med en vattendroppe som elektrolyt.

Samtliga de sex artiklar avhandlingen består av har varit publicerade i den ansedda vetenskapliga tidskriften Advanced Materials.

Lars Herlogsson har nu, med sin tunga avhandling i bagaget, tagit ett kliv närmare produktionen. Från 1 september arbetar han på företaget Thin film Electronics i Linköping med att utveckla billiga tryckta minnen.

- Som forskare är vår uppgift att tänja gränserna och visa vad som är praktiskt möjligt. Att producera den organiska elektroniken kan industrin bättre än vi och det finns många duktiga plastelektronikföretag, konstaterar Magnus Berggren.

 

Organiskt chip

Fälteffekttransistor
Den organiska transistorn fungerar i som en fälteffekttransistor.

Mycket förenklat är en transistor en ventil med vars hjälp man kan styra elektronernas flöde. För att öka flödet kan man använda en elektrolyt, ett ämne som innehåller laddade joner och som därmed är elektriskt ledande.
Elektrolyter är annars vanligare i batterier och kondensatorer.

I en typ av transistorer, kallade fälteffekttransistorer, styr man mängden elektroner eller hål (avsaknad av elektroner) som flyter igenom transistorn genom att lägga en spänning på den ena sidan (gate) för att skapa ett elektriskt fält som i sin tur styr djupet på den kanal som elektronerna har att ta sig igenom. Fälteffekttransistorer finns av två typer p- och n-kanal (där p innebär positiv laddning och n negativ).

Genom att kombinera en n- och en p-kanalstransistor får man en komplementär krets, det som också kallas en CMOS – en integrerad krets som drar mycket lite ström.

Nanoskalan
1 nm, nanometer, är lika långt som ett skäggstrå växer på den tid det tar att dra rakapparaten från örat ner till hakan.

Avhandlingen
har arbetats fram inom ramen för ett SSF-finansierat ramprogram, OPEN, som leds av professor Olle Inganäs. Handledare var förutom professor Magnus Berggren även universitetslektor Xavier Crispin.

Electrolyte-Gated Organic Thin-Film Transistors, Lars Herlogsson, Institutionen för naturvetenskap och teknik, Linköpings universitet, Campus Norrköping, 2011


Monica Westman Svenselius 2011-09-09



Tidigare nyheter

Arkiv 2009-2014

 

Senaste LiU Magasin


Sidansvarig: therese.ekstrand.amaya@liu.se
Senast uppdaterad: 2016-06-07