中国的研究人员基于金属纳米粒子和离子梯度创建了一种新型晶体管

中国的研究人员基于金属纳米粒子和离子梯度创建了一种新型晶体管

晶体管是可以放大，传导或开关电子信号或电流的器件，它是当今市场上许多电子设备的关键组件。可以使用多种无机和有机半导体材料来制造这些器件。 金属通常被认为不适合制造晶体管，因为它们会屏蔽电场，因此很难实现具有可调电导率的器件。创建基于金属的电子组件的一种可能方法是在带电有机配体功能化的金属纳米颗粒薄膜中使用抗衡离子的梯度。

过去，工程师已成功使用此策略来创建各种器件，从电阻器到二极管再到传感器。尽管如此，经常证明调制这些器件的电导率是非常具有挑战性的。

西北工业大学，国家纳米科学技术中心和中国其他研究机构的研究人员最近推出了一种新的设计策略，该策略可以基于金属纳米粒子创建具有可调电导率的晶体管和逻辑电路。这些晶体管发表在《自然电子》上的论文中，在效率和导电率方面均取得了非凡的成绩。

研究人员在论文中写道：“我们证明，可以使用通过非常规五电极配置建立的动态离子梯度，从功能化金纳米颗粒的薄膜中创建晶体管和逻辑电路。” “这些晶体管能够进行400倍的电导率调制，并且通过与金属纳米粒子二极管和电阻器结合使用，可用于构建NOT，NAND和NOR逻辑门以及半加法器电路。”

过去的研究表明，由金属纳米颗粒制成的逻辑电路要比硅基器件慢得多。尽管如此，它们还具有许多有益的特征。例如，它们可以在潮湿的环境中运行，它们相当灵活并且可以承受静电放电的影响，而这会损坏基于硅的器件。

在初步评估中，新晶体管的表现非常出色。除了具有可调节的电导率之外，这种晶体管还可以承受静电放电。而且，当它沉积在柔性基板上并且这些结构被拉伸或变形时，它能继续良好地工作。

为了创建器件，团队将电极沉积在柔性聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）薄膜上。到目前为止，他们只是创建了晶体管的原型或概念验证版本来评估其优势。但是，要集成到实际的电子设备中，首先需要对其进行进一步开发和测试。

“虽然这种器件在该源极/漏极电压必须比栅极电压下固有地受到限制（否则氯-浓度分布将被改变的），操作的速度可以改善，”研究人员在他们的论文中说。“我们之前针对全金属纳米粒子二极管证明，当抗衡离子梯度形成的距离约为1μm时，开关时间可以是毫秒级的。可以为相应的晶体管架构设想类似的收益，尽管必要的小型化可能会要求像我们这样的学术实验室所不能提供的专业制造设施。”