Forskare vid University of Manchester i Storbritannien och Shandong University i Kina uppger sig vara först med en ultrasnabb tunnfilmstransistor i en oxidhalvledare som klarar av att klockas med en referensfrekvens på 1 GHz. Transistorn kan komma att användas i framtidens flexibla tv-apparater, surfplattor, mobiltelefoner och ”verkligt” kroppsnära elektronik.
Det internationella forskarlaget har utvecklat en ultrasnabb tunnfilmtransistor (TFT) gjord av en oxidhalvledare bestående av indium (In), gallium (Ga), zink (Zn) och syre (O), – också benämd IGZO – som fungerar vid en referensfrekvens på 1 GHz och frekvenser däröver.
En TFT är en typ av transistor som vanligtvis används i LCD-skärmar. Dessa skärmar har en TFT bakom varje enskild pixel och fungerar som individuella switchar. Men vanligtvis är dessa transistorer kiselbaserade, ogenomskinliga, styva och dyra i jämförelse med transistorer i oxidhalvledarmaterial. Samtidigt som oxid-TFT:er förbättrar bilden på LCD-skärmen är deras fysiska flexibilitet ännu mer imponerande.
– TV-apparater kan redan göras extremt tunna och ljusstarka. Vårt arbete kan hjälpa till att göra en TV mer fysiskt flexibel och ännu billigare att producera. Men kanske ännu viktigare är att våra GHz-transistorer kan möjliggöra medel- eller till och med högpresterande flexibla elektroniska kretsar för till exempel kroppsnära elektronik, säger Aimin Song, professor i nanoelektronik vid School of Electrical & Electronic Engineering, University of Manchester.
Aimin Song
– Kroppsnära elektronik kräver flexibilitet och i många fall även genomskinlighet. Det skulle vara den perfekta applikationen för vår forskning. Även inom utvecklingen av smarta hem, smarta sjukhus och smarta städer kommer oxidhalvledar-TFT:er att spela en nyckelroll.
Oxidbaserad teknik har haft en snabb utveckling jämfört med kisel som nu närmar sig vissa grundläggande begränsningar. Prof Song säger att det har gjorts snabba framsteg inom oxidhalvledare under de senaste åren och omfattande ansträngningar har gjorts för att förbättra hastigheten hos oxid-halvledarbaserade TFT:er. Så mycket så att amorft kisel börjat bytas ut mot oxidbaserad teknik i vissa produkter. Prof Song menar att den senaste utvecklingen har gjort att en kommersialisering av tekniken rycker allt närmare.
– För att kommersialisera oxidbaserad elektronik finns det fortfarande en rad forskning och utveckling som måste genomföras på material, litografi, design, test och sist men inte minst inom massproduktion Det tog många decennier för kiseltekniken att nå så långt men oxidtekniken utvecklas i en mycket snabbare takt.
– Att ta fram en högpresterande komponent som vår GHz IGZO-transistor är utmanande eftersom inte bara materialet behöver optimeras utan det finns det en rad problem inom design, tillverkning och test som också måste undersökas. Under 2015 kunde vi visa upp de snabbaste flexibla dioderna med hjälp av oxidhalvledare som klarade 6,3 GHz, något som fortfarande är världsrekord. Så vi har förtroende för oxid-halvledarbaserad teknik.
