Transistor Terobosan Quantum-Dot Membuka Pintu ke Tentara Elektronik Inovatif

Dengan menyimpan kontak emas (Au) dan Indium (In), para peneliti menciptakan dua jenis transistor titik kuantum penting pada substrat yang sama, membuka pintu ke sejumlah besar elektronik inovatif. Kredit: Laboratorium Nasional Los Alamos / Universitas California, Irvine

Sirkuit logika titik kuantum menyediakan blok bangunan yang telah lama dicari untuk perangkat inovatif, termasuk elektronik yang dapat dicetak, layar fleksibel, dan diagnostik medis.

Para peneliti di Los Alamos National Laboratory dan kolaboratornya di University of California, Irvine telah membuat blok penyusun elektronik dasar dari struktur kecil yang dikenal sebagai titik kuantum dan menggunakannya untuk merakit sirkuit logika fungsional. Inovasi ini menjanjikan pendekatan yang lebih ekonomis dan ramah pengguna untuk pembuatan perangkat elektronik kompleks yang dapat diproduksi di laboratorium kimia menggunakan teknik sederhana berbasis solusi, dan menawarkan komponen yang telah lama dicari untuk berbagai perangkat inovatif.

“Aplikasi potensial dari pendekatan baru untuk perangkat elektronik berdasarkan titik kuantum tidak beracun termasuk sirkuit yang dapat dicetak, tampilan fleksibel, diagnostik lab-on-a-chip, perangkat portabel, tes medis, perangkat pintar dan biometrik,” katanya. kata Victor Klimov, seorang fisikawan yang berspesialisasi dalam kristal nano semikonduktor di Los Alamos dan penulis utama pada makalah yang mengumumkan hasil baru pada 19 Oktober 2020, edisi Komunikasi Alam.

Selama beberapa dekade, mikroelektronika telah didasarkan pada silikon dengan kemurnian ekstra tinggi yang diolah dalam lingkungan ruangan bersih yang dibuat khusus. Baru-baru ini, mikroelektronika berbasis silikon telah ditantang oleh beberapa teknologi alternatif yang memungkinkan pembuatan sirkuit elektronik kompleks di luar ruangan yang bersih, melalui teknik kimia yang ekonomis dan mudah diakses. Nanopartikel semikonduktor koloid yang dibuat dengan metode kimia di lingkungan yang tidak terlalu ketat adalah salah satu dari teknologi yang muncul ini. Karena ukurannya yang kecil dan sifat uniknya yang dikontrol langsung oleh mekanika kuantum, partikel ini disebut titik kuantum.

Titik kuantum koloid terdiri dari inti semikonduktor yang dilapisi dengan molekul organik. Sebagai hasil dari sifat hibrid ini, mereka menggabungkan keunggulan semikonduktor tradisional yang dipahami dengan baik dengan keserbagunaan kimiawi sistem molekuler. Properti ini menarik untuk membuat jenis baru sirkuit elektronik fleksibel yang dapat dicetak di hampir semua permukaan termasuk plastik, kertas, dan bahkan kulit manusia. Kemampuan ini dapat bermanfaat bagi banyak bidang termasuk elektronik konsumen, keamanan, papan tanda digital, dan diagnostik medis.

Elemen kunci dari rangkaian elektronik adalah transistor yang bertindak sebagai sakelar arus listrik yang diaktifkan oleh tegangan yang diberikan. Biasanya transistor memiliki pasangan perangkat tipe n dan p yang mengontrol aliran muatan listrik negatif dan positif. Pasangan transistor komplementer semacam itu adalah landasan teknologi CMOS (semikonduktor oksida logam pelengkap) modern, yang memungkinkan mikroprosesor, chip memori, sensor gambar, dan perangkat elektronik lainnya.

Transistor quantum dot pertama didemonstrasikan hampir dua dekade lalu. Namun, integrasi perangkat pelengkap tipe n dan p ke dalam lapisan titik kuantum yang sama tetap menjadi tantangan lama. Selain itu, sebagian besar upaya di bidang ini difokuskan pada nanokristal berbasis timbal dan kadmium. Unsur-unsur ini adalah logam berat yang sangat beracun, yang sangat membatasi kegunaan praktis dari perangkat yang diperlihatkan.

Tim peneliti Los Alamos dan kolaboratornya dari University of California, Irvine telah menunjukkan bahwa mereka menggunakan selenium tembaga India (CuInSe2Titik-titik kuantum tanpa logam berat telah mampu secara bersamaan mengatasi masalah toksisitas dan secara bersamaan mencapai integrasi langsung transistor n dan p ke dalam lapisan titik kuantum yang sama. Sebagai uji kegunaan praktis dari pendekatan yang dikembangkan, mereka menciptakan sirkuit fungsional yang melakukan operasi logis.

Inovasi yang dihadirkan Klimov dan rekan-rekannya dalam makalah barunya memungkinkan dia untuk mendefinisikan transistor jenis p dan n dengan menerapkan dua jenis kontak logam yang berbeda (masing-masing emas dan indium). Mereka menyelesaikan perangkat dengan menyimpan lapisan titik kuantum umum di atas kontak yang telah dicetak sebelumnya. “Pendekatan ini memungkinkan integrasi langsung dari sejumlah sembarang jenis transistor p dan n komplementer dalam lapisan kuantum dot yang sama yang disiapkan sebagai film kontinu, tanpa skema melalui spin-coat standar,” kata Klimov.

Referensi: “Solusi sirkuit CMOS dapat diproses dalam larutan berdasarkan koloid CuInSe2 quantum dots ”oleh Hyeong Jin Yun, Jaehoon Lim, Jeongkyun Roh, Darren Chi Jin Neo, Matt Law dan Victor I. Klimov, pada 19 Oktober 2020, Komunikasi Alam.
DOI: 10.1038 / s41467-020-18932-5

Pendanaan: Pekerjaan ini didukung oleh program Laboratory Direct Research and Development (LDRD) di Los Alamos National Laboratory dalam proyek 20200213DR dan Kantor Presiden Universitas California (UC) di bawah Laboratorium Biaya Penelitian UC Program Penelitian dan Pelatihan Kolaboratif LFR -17-477148.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

36 galaksi kerdil secara bersamaan memiliki “baby boom” bintang baru

Penemuan tak terduga Rutgers menantang teori modern tentang bagaimana galaksi tumbuh, dan dapat meningkatkan pemahaman kita tentang alam semesta. Penulis: Universitas Rutgers-New Brunswick Sungguh...

Banyak pasien dengan COVID-19 menghasilkan respons imun yang menyerang jaringan dan organ mereka sendiri.

Sebuah studi yang dipimpin oleh University of Birmingham, yang didanai oleh Konsorsium Imunologi Coronavirus Inggris, menemukan bahwa banyak pasien dengan COVID-19 menimbulkan respons kekebalan...

Sains mudah dibuat: apa itu neutrino steril?

Neutrino steril adalah jenis neutrino khusus yang telah diusulkan untuk menjelaskan beberapa hasil eksperimen yang tidak terduga, tetapi belum ditemukan secara pasti. Para...

Kekeringan jangka panjang mengambil alih AS bagian barat – Tanah dan tanaman berjatuhan

5 Juni 2021 Untuk tahun kedua berturut-turut, kekeringan melanda sebagian besar wilayah Amerika Serikat dari Pegunungan Rocky hingga Pantai Pasifik. Untuk tahun kedua berturut-turut, kekeringan melanda...

Energi matahari dan angin dapat meredakan konflik di sekitar bendungan Renaisans Ethiopia di timur laut Afrika

Megaplatinum terletak di Ethiopia, dekat perbatasan dengan Sudan. Ini adalah pembangkit listrik tenaga air terbesar di Afrika. Penulis: © Google Sebuah studi baru...

Newsletter

Subscribe to stay updated.