Исследователи из Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США разработали метод создания долговечных и энергоэффективных транзисторов — электронных переключателей, управляющих током, — с помощью аэрозольной струйной печати. Результаты работы представлены в журнале Advanced Materials Technologies.
Технология напоминает струйную печать, но вместо обычных чернил применяются составы на основе наночастиц. Принтер превращает чернила в мелкодисперсный туман и распыляет на поверхность, формируя слои электронных компонентов. В отличие от традиционных способов производства, этот подход работает при низких температурах и позволяет наносить схемы на гибкие и даже трехмерные поверхности.
Ключевой материал в новых устройствах — диоксид ванадия. Он может выступать и как проводник, и как изолятор, что важно для электронных схем и устройств памяти. Управление током осуществляется методом редокс-отпирания. С помощью химической реакции ученые добавляют или отнимают электроны у диоксида ванадия, включая и выключая транзистор при напряжении меньше 0,5 вольта.
В лабораторных испытаниях печатные транзисторы показали высокую надежность: они выдержали больше 6 тыс. циклов включения-выключения и меняли состояние примерно за секунду. Для сравнения: устройства, созданные по прежним технологиям, могли работать лишь несколько циклов (иногда всего 10) до выхода из строя.
Мы выбрали метод печати по двум основным причинам. Во-первых, печать позволяет быстро создавать прототипы и вносить изменения в конструкцию, что помогает нам быстро оптимизировать материалы и структуру устройств. Во-вторых, печатная электроника обладает преимуществами с точки зрения функциональности устройств, особенно с учетом того, что наши устройства демонстрируют хорошо моделируемую реакцию на изменение силы тока в зависимости от напряжения, что делает их подходящими для печатных логических устройств и узкоспециализированных применений.
Ученые отмечают, что редокс-переключение надежно и не повреждает материалы, поэтому устройства могут прорабатывать тысячи циклов. Сейчас разработчики изучают возможности применения технологии в нейроморфных вычислениях и сотрудничают с индустриальными партнерами для внедрения разработок в реальные продукты. В перспективе искусственный интеллект и машинное обучение помогут оптимизировать процесс печати.
Ранее Наука Mail рассказывала, что модель бьющегося сердца напечатали на 3D-принтере.
