Фуллерены: перспективный материал для органических транзисторов

Фуллерены были открыты сравнительно недавно - в 1985 г., хотя их существование было предсказано японским ученым Кагаку (Osawa E. Kagaku) в 1971 г., а теоретическое обоснование существования таких соединений было опубликовано в 1973 г. в журнале Доклады Академии Наук СССР (статья Д.А. Бочвара и Е.Г.Гальперна). Существуют фуллерены с разным числом атомов углерода, наиболее известен фуллерен формулы C60.

У фуллеренов множество интересных свойств, в том числе и для разработчиков новой электронной техники. Для них в первую очередь представляет интерес ширина запрещенной зоны в молекулярных кристаллах фуллеренов (~1,5 эВ), и таким образом, свойства фуллерена во многом могут быть аналогичны свойствам других полупроводников.

Полупроводниковые свойства кристаллов фуллеренов изучались во многих лабораториях за последние 10 лет. Были созданы прототипы полевых транзисторов с использованием фуллеренов, где подвижность электронов достигала 6 см²/(В*с). Но для формирования таких структур требовался метод высокотемпературной эпитаксии с температурой около 250^oС.

Ученые из технологического института штата Джорджия (США) проф. Бернард Киппелен (Bernard Kippelen) и его коллеги смогли преодолеть этот недостаток и предложить технологию формирования полевых транзисторов на основе пленок С60 при комнатной температуре. Величина подвижности электронов для них составляет 2,7-5 см²/В/с. Это ниже прежнего рекорда, но больше, чем у транзисторов на основе аморфного кремния.

Другие показатели таже на высоте: у транзисторов очень низкое пороговое напряжение (это важно для создания сложных схем из этих элементов). Отношение уровней сигнала во включённом и выключенном состояниях составляет около 10⁶, транзисторы отличаются стабильной работой как в постоянном режиме, так и под действием периодически меняющегося напряжения.

В опытах проф. Киппелена и его коллег пленка фуллерена формировалась на кремниевой подложке методом осаждения из газовой фазы. На подложку предварительно был нанесен затворный электрод и изолирующий слой. Затем, с использованием теневой маски, на плёнку наносились электроды - сток и исток.

Киппелен считает, что кремниеваяя подложка была взята лишь для простоты эксперимента. Основное же преимущество нового метода - возможность осаждения фуллерена на полимерную поверхность - еще требует дальнейших исследований. Предстоит также справиться с таким недостатком, как чувствительность фуллеренов к присутствию кислорода. Киппелен считает, что эта проблема может быть решена путем использования фуллерена с другим составом и строением или же просто герметизацией транзисторов.

Новые транзисторы найдут примения в различных областях, где требуются гибкие электронные приборы - дисплеи, интерактивные электронные доски, радиочастотные метки и т.д.