Orgaaniset puolijohteet eivät ole pysyneet epäorgaanisten transistoreiden mitoituksien mukana. Myös niiden suorituskyky varaustenkantajien liikkuvuuden osalta on huomattavasti heikompi. Nyt müncheniläisen Ludwig-Maximilians Universitätin tutkijat ovat kehittäneet orgaanisen transistorin, joka toimii sekä matalien että korkeiden virtojen alueella.
Orgaanisilla rakenteilla on monia etuja: ne voidaan valmistaa helposti teollisessa mittakaavassa, materiaalikustannukset ovat pienemmät ja ne voidaan levittää läpinäkyvästi joustaville pinnoille. Professori Thomas Weitz ja hänen tiiminsä ovat nyt kehittäneet orgaaniseen puolijohteeseen perustuvan nanoskooppisen transistorin, joka toimii täydellisesti sekä matalien että korkeiden virtojen alueella.
Uusimmassa tutkimusjulkaisussaan tiimi kuvaa epätavallisen rakenteen omaavia transistoreita, jotka ovat pieniä, tehokkaita ja ennen kaikkea monipuolisia. Räätälöimällä huolellisesti muutamia parametreja valmistusprosessin aikana he ovat kyenneet suunnittelemaan nanomittakaavaisia rakenteita suurille tai pienille virtatiheyksille.
- Suuret virrantiheydet ovat ratkaisevan tärkeitä erittäin integroidun elektroniikan toteuttamisessa. Neuronisissa verkoissa ja kädessä pidettävissä laitteissa pieni tehonkäyttö on puolestaan kriittistä, Thomas Weitz kertoo.
Saavutuksen avain on yhdistelmä transistorin epätyypillisestä geometriaa ja erityistä porttimateriaalia, joka toimii on-off-kytkimenä. Yleensä transistoreissa on tasomainen rakenne, mutta uudenlaisen pystysuoran rakenteen sisällä elektrodit ovat raitojen muotoisia ja ylittävät toisiaan.
Transistoria ohjaa ns. elektrolyyttiportitus. Koko transistoria ympäröi elektrolyyttiliuos ja käytetyn jännitteen funktiona ionit siirtyvät tai poistuvat puolijohdemateriaalissa, mikä kytkee transistorin päälle ja pois.
Uusi arkkitehtuuri antaa tutkijoille mahdollisuuden vaikuttaa sähköisiin ominaisuuksiin muuttamalla erilaisia parametreja. Näitä ovat elektrodin leveys, puolijohdemateriaalin paksuus ja elektrodien välinen etäisyys. Lisäksi transistorin toiminnallisuus ei riipu elektrodista tai puolijohdemateriaalista. Eri puolijohteiden käyttö johtaa samaan suorituskykyyn.
Lisäksi on helpompaa valmistaa tällaisia nanoskooppisia elementtejä levittämällä materiaalia pystysuunnassa hyvin ohuiksi kerroksiksi sen sijaan, että ne asetettaisiin täsmälleen vierekkäin.
Uusien piirien mahdollisiin sovellusalueisiin kuuluvat OLEDit ja anturit, joissa tarvitaan pieniä jännitteitä, suuria ON-tilan virrantiheyksiä tai suuria transkonduktansseja. Erityisen kiinnostava on niiden mahdollinen käyttö ns. memristiivisinä elementteinä. Memristoreja voidaan ajatella keinotekoisina neuroneina, koska niitä voidaan käyttää neuronien käyttäytymisen mallintamiseen sähköisien signaalien avulla.
Tutkijat ovat jo toimittaneet laitteelle patenttihakemuksen, jotta he voivat kehittää uutta transistoriarkkitehtuuria teolliseen käyttöön.
Veijo Hänninen
Nanobittejä 1.4.2019
Autoteollisuus on siirtymässä yhä monimutkaisempiin ohjelmistopohjaisiin järjestelmiin, joissa virheetön ohjelmisto on elintärkeää turvallisuuden ja suorituskyvyn varmistamiseksi. Ohjelmiston laatu ja luotettavuus eivät ole enää vain valinnaisia ominaisuuksia, vaan kriittisiä vaatimuksia erityisesti autonomisessa ajamisessa, kehittyneissä kuljettajaa avustavissa järjestelmissä (ADAS) ja yhdistetyissä ajoneuvojärjestelmissä.
Kestävä digitaalinen infrastruktuuri on kriittinen, jotta tietoliikenneverkot voidaan tehokkaasti valjastaa tekoälyinnovaatioiden ja pilvipohjaisten palveluiden tarpeisiin. Tekoälyyn liittyvien datarikkaiden sovellusten lisääntyvä kysyntä edellyttää tietoliikenneverkkoa, joka kykenee käsittelemään suuria tietomääriä alhaisella viiveellä, kirjoittaa Orange Businessin kumppaniratkaisuista vastaava Carl Hansson.
Euroopan unioni ottaa merkittävän askeleen avaruusteknologian kehittämisessä allekirjoittamalla sopimuksen uuden IRIS²-satelliittijärjestelmän toteuttamisesta. Tämä 290 satelliitin verkko on suunniteltu vahvistamaan Euroopan itsenäisyyttä ja turvallista yhteydenpitoa.
Jotta voidaan vastata uuden teknologian vaatimuksiin ja pitää järjestelmät toimimassa ”kellon tavoin”, on aika harkita ajoitusratkaisuja uudelleen. Tässä kaksiosaisessa "Precision Timing" -artikkelissa opit, miksi mikroelektromekaanisiin järjestelmiin eli MEMS-komponentteihin perustuvat piiajoituslaitteet päihittävät kvartsin elektroniikkasuunnittelun uudella aikakaudella. 
Matalatehoisten langattomien ratkaisujen asiantuntija Nordic Semiconductor ja eSIM-ratkaisuja kehittävä Kigen ovat julkistaneet yhteistyön, joka sujuvoittaa massiivisten IoT-verkkojen käyttöönottoa. Yhdessä he esittelevät CES 2025 -messuilla ratkaisun, joka yhdistää Nordic Semiconductorin nRF9151-moduulin ja Kigenin SGP.32 IoT eSIM-teknologian sekä laitteiden hallinta-alustan.
