Почему этот самодельный транзистор не попытается провести

Я пытался сделать грубое транзисторное устройство дома. До сих пор я не был успешным. Мое электрическое понимание почти не существует, кроме того, что я изучил за последние 3 месяца, так как я прочитал дикую статью о струйных печатных транзисторах.

Я пытаюсь использовать метод, который не требует токсичных материалов или высоких температур.

Этот эксперимент кажется многообещающим, поэтому я попытался эмулировать устройство на основе полупроводникового слоя из оксида цинка и контактных проводов, как описано здесь.

https://www.andaquartergetsyoucoffee.com/wp/wp-content/uploads/2009/05/zinc-oxide-experiments-i.pdf

Согласно документу, эффект транзистора / поля достигается с помощью этого устройства путем подачи 96 вольт, при этом отрицательный вывод источника питания присоединен к затвору, а положительный - к истоку или стоку.

Причиной высокого требуемого напряжения, по-видимому, является толщина диэлектрика затвора, который представляет собой предметное стекло микроскопа толщиной около 0,12–0,16 мм. Я надеялся, что мой диэлектрик затвора толщиной ~ 0,01 мм позволит устройству проводить на затворе ~ 9 вольт.

Мои попытки с некоторыми изменениями:

Использованные материалы:

• полупроводниковые «чернила / краска»: органический нонано-порошок оксида цинка + изопропиловый спирт
• исток, сток и затвор: токопроводящая ручка (измельченный углерод и нетоксичное связующее)
• исток, сток и ворота: проволочный клей (серебряная паста)
• Ворота диэлектрические: кухонная обвязка (по данным веб-поиска ~ 0,01 мм)
• подложка: предметные стекла для стеклянных микроскопов
• Медный провод без покрытия 24 калибра
• проволочный клей (углеродный и нетоксичный связующий материал)
• настольный источник питания постоянного тока 0-5 ампер 0-30 вольт

Попытка № 1:

• использовали проводящую угольную ручку, чтобы нарисовать линию стеклянного предметного стекла в качестве ворот, и использовали проволочный клей для соединения медного провода с одним концом. Затем дайте высохнуть в духовке при температуре ~ 100 градусов по Фаренгейту в течение ~ 15 минут

• завернутый предметное стекло с 1 слоем липкой обмотки плотно и положить в духовку при температуре ~ 100 градусов по Фаренгейту в течение ~ 15 минут, пытаясь сгладить любые складки в липкой пленке. (только незначительный успех)

• Сверху покрытого предметного стекла капают раствор оксида цинка и 91% изопропоилового спирта и дают высохнуть в духовке при температуре ~ 100 градусов по Фаренгейту в течение ~ 15 минут. Был создан хрупкий слой толщиной ~ 1 мм

  • На новом предметном стекле вытащить источник и слить на расстоянии ~ 2 мм друг от друга и соединить медным проводом с помощью проводного клея. Дайте высохнуть в духовке при температуре ~ 100 градусов по Фаренгейту в течение ~ 15 минут

  • поместили второе предметное стекло поверх первого с контактом источника и стока вниз, касаясь слоя оксида цинка с затвором в центре между источником и стоком

  • плотно оберните скотч вокруг двух стеклянных предметных стекол, чтобы обеспечить тесный контакт между всеми слоями.

  • подключен отрицательный вывод источника питания постоянного тока к затвору, а положительный вывод к одной стороне обозначен стоком. Подключен мультиметр к источнику и стоку.

  • включил питание на самых низких настройках и медленно увеличивал силу тока и напряжение до макс. 5 ампер и 30 вольт

  • Никакое напряжение или непрерывность не могут быть измерены между истоком и стоком

  • те же самые шаги были повторены с использованием клея серебряной проволоки в качестве источника стока и затвора также с отрицательным результатом.

Попытка № 2

Похоже на первую попытку только с 1 предметным стеклом. Я думал, что связь между стоком источника и слоем оксида цинка может быть недостаточно тесной / чистой.

• использовал проводящую угольную ручку, чтобы нарисовать линию шириной ~ 5 мм на предметном стекле в качестве затвора, и использовал проволочный клей, чтобы соединить медный провод с одним концом. Затем дайте высохнуть в духовке при температуре ~ 100 градусов по Фаренгейту в течение ~ 15 минут

  • завернутый предметное стекло с 1 слоем липкой обмотки плотно и положить в духовку при температуре ~ 100 градусов по Фаренгейту в течение ~ 15 минут, пытаясь сгладить любые складки в липкой пленке. (только незначительный успех)

  • капните раствор оксида цинка и 91% изопропоилового спирта поверх покрытой горки и дайте высохнуть в духовке при температуре ~ 100 градусов по Фаренгейту в течение ~ 15 минут. Был создан хрупкий слой толщиной ~ 1 мм

  • использовали шприц для нанесения линий истока и стока непосредственно на слой оксида цинка с помощью проволочного клея, а затем соединяли медный провод. Дайте высохнуть в духовке при температуре ~ 100 градусов по Фаренгейту в течение ~ 15 минут

  • верхняя часть покрыта суперклеем, чтобы избежать попадания источника и стока в слой оксида цинка во время обработки. дать высохнуть в течение ночи

  • подключен отрицательный вывод источника питания постоянного тока к затвору, а положительный вывод к одной стороне обозначен стоком. Подключен мультиметр к источнику и стоку.

  • включил питание на самых низких настройках и медленно увеличивал силу тока и напряжение до макс. 5 ампер и 30 вольт

  • Никакое напряжение или непрерывность не могут быть измерены между истоком и стоком

Вот несколько фотографий шагов: https://imgur.com/a/jXAoOS0

В настоящее время я не могу проверить, будут ли используемые материалы работать в той же конфигурации, как описано в эксперименте, который я пытался воспроизвести. На данный момент мне не хватает нитрата цинка, 2-пропанола и источника постоянного тока с выходной мощностью 96 вольт.

Каковы основные недостатки в моем эксперименте?

У меня есть следующие предположения, которые на данный момент сложно проверить:

• мой слой оксида цинка может быть слишком непостоянным / хрупким и не создает однородную поверхность.

• диэлектрик / подложка моего затвора недостаточно плоская или изготовлена ​​из неправильного материала

• мои зазоры слишком велики / диэлектрик затвора слишком толстый, а исток и сток слишком далеко друг от друга

• мои материалы недостаточно чистые и поэтому не обладают ожидаемыми свойствами

• Я обнаружил, что серебро используется в качестве легирующей примеси n-типа, и, поскольку я ожидаю, что слой оксида цинка будет иметь n-тип, нужна легирующая добавка p-типа.

• В эксперименте, который я пытаюсь воспроизвести, используется проволочный клей, мало что объясняет, что это за материал, кроме утверждения, что любой проводящий клей должен работать. Мой проводной клей основан на углеродном углероде, как и проводящая ручка, которую я использовал. Я не нашел никакой информации, если углерод n или p-типа. возможно, углерод также не может быть использован. https://www.andaquartergetsyoucoffee.com/wp/wp-content/uploads/2009/05/zinc-oxide-experiments-i.pdf

• Я не могу подать достаточное напряжение на затвор, так как мой источник питания достигает максимума при 30 вольт.

• у меня неправильная проводка

Я думаю, что недостатки здесь, вероятно, просты для тех, кто имеет опыт в этой области. Любые советы и идеи будут высоко ценится. Мне интересно, если я где-нибудь рядом с рабочим устройством.

ZnO слишком толстый для задних ворот

Учитывая приблизительную толщину ZnO в 1 мм, я был бы удивлен, если бы устройство с поперечным сечением, которое вы нарисовали, сработало. Вам придется воздействовать на носители заряда на противоположной стороне ZnO. Обратите внимание, что толщина типичной кремниевой пластины, используемой для обычных электронных устройств, составляет около 0,4-0,8 мм, и все интересное происходит в верхней части ~ 1%.

Возможна проблема с выпеканием

Похоже также, что после сдачи на хранение вы делаете не так интенсивно, как бумага, на которую ссылаетесь. Похоже, что они сделали 540 ° С в течение 30 минут на горячей плите, в то время как вы выполнили 100 ° С в течение 15 минут в духовке. Помимо очевидных различий в температуре, запекание в духовке обычно должно быть значительно длиннее, чем запекание на горячей плите, чтобы получить тот же эффект.

Отрицательное смещение ворот

Из вашего описания похоже, что вы подали отрицательное напряжение затвора относительно источника. Вы пробовали положительный уклон ворот? Бумага, казалось, указывала, что MOSFET проводил с положительным смещением затвора и проводил немного меньше с отрицательным смещением (примерно на 3% меньше). С более тонким диэлектриком затвора, который вы используете, я ожидаю увидеть более сильное изменение тока.

Другие вещи, чтобы попробовать

Я не вижу ничего плохого в остальном дизайне. Я ожидаю, что у него есть разумные шансы на работу, если вы сделаете подобное устройство с воротами сверху. Тем не менее, это не тривиально с вашим процессом.

В качестве альтернативы вы можете попытаться сделать более тонкий слой ZnO. Распространенным методом в производстве полупроводников для осаждения материалов, растворенных в растворителях, является «центробежное литье». Поместите немного материала в центр подложки и вращайте со скоростью 500-10000 об / мин (в зависимости от желаемой толщины) в течение 30-120 с. Следуй за этим с выпечкой. Я не знаю, насколько хорошо это будет работать с ZnO в IPA, но если у вас есть запасной блендер, вы можете адаптировать его для этой цели. Возможно, вам также придется поиграть с соотношением ZnO: IPA, чтобы получить хорошие результаты. Я не могу говорить о том, насколько толстой пленки ZnO, нанесенной таким образом, вам нужно обеспечить ее непрерывность. Хотя после прочтения вашего поста, похоже, вы уже делали это с вентилятором для ПК. Может быть, попробуйте разбавить ваш ZnO дальше, чтобы получить более тонкую пленку,

Другой вариант - попытаться создать / измерить фоторезистор в ZnO, чтобы доказать себе, что ZnO ​​является непрерывным и может проводить ток. В результате быстрого поиска ZnO имеет прямую запрещенную зону 3,3 эВ, что означает, что вам понадобится свет с длиной волны около 375 нм или короче, чтобы увидеть фотопроводимость. Это как раз на грани между видимым и ультрафиолетовым светом. Это немного усложняет ситуацию, но в документе указывается, что наблюдается фотопроводимость, поэтому вы, вероятно, сможете воспроизвести эти результаты. Это гораздо более простое устройство, чем MOSFET, которые вы пытались сделать. Фактически, сечение, которое вы нарисовали, должно уже работать. Освещайте ваш образец сверху самым ярким источником УФ-света, который вы можете найти (солнце - довольно яркий источник УФ-света). Подайте напряжение и измерьте ток через ваше устройство (или используйте настройку сопротивления на мультиметре). Из-за большой ширины запрещенной зоны ZnO может потребоваться некоторое время, чтобы проводимость вернулась к «темному» значению после удаления света, как это наблюдается в статье. Хотя, на данный момент, я уверен, вы бы с удовольствием измеряли ток вообще.

Чтобы выполнить функцию «FET», вам нужно 6 успехов: 1) канал 2) области истока и стока 3) не выпрямляющий омический контакт от (2) до (1) 4) затвор 5) низкая плотность поверхностных зарядов на Интерфейс канала затвора 6) достаточно напряжения на затворе, чтобы инвертировать верхнюю часть канала, поэтому (1) и (2) будут функционировать как резистивный путь.

Пожалуйста, будьте осторожны с этими 6 требованиями; мои родители не были физиками-физиками.