Por que esse transistor DIY não tenta conduzir

Eu tenho tentado fazer um transistor bruto em casa. Até agora, não tive sucesso. Meu entendimento elétrico é quase inexistente, além do que aprendi nos últimos 3 meses desde que li um artigo sobre transistores impressos a jato de tinta.

Estou tentando usar um método que não exija materiais tóxicos ou altas temperaturas.

Esse experimento parece promissor, então tentei imitar o dispositivo com base em uma camada de semicondutores de óxido de zinco e contatos de cola de arame, conforme descrito aqui.

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

De acordo com o artigo, um efeito de transistor / campo é obtido com este dispositivo aplicando 96 volts com o condutor negativo da fonte de alimentação conectado à porta e o positivo conectado à fonte ou ao dreno.

a razão para a alta tensão requerida parece ser a espessura do dielétrico do portão, que é uma lâmina de cobertura de microscópio com cerca de 0,12 mm a 0,16 mm de espessura. Eu esperava que meu dielétrico com cerca de 0,01 mm de espessura permitisse que o dispositivo conduzisse a ~ 9 volts no portão.

Minhas tentativas com algumas mudanças:

Materiais utilizados:

• "tinta / tinta" semicondutora: pó orgânico não nano de óxido de zinco + álcool isopropílico
• fonte, dreno e portão: caneta condutora (carbono moído e aglutinante não tóxico)
• fonte, drenagem e portão: cola de arame (pasta de prata)
• portão dielétrico: grau de cozinha se agarra (de acordo com a pesquisa na web ~ 0.01mm)
• substrato: lâminas de cobertura para microscópio de vidro
• Fio de cobre não revestido de calibre 24
• cola de arame (carbono moído e ligante não tóxico)
• fonte de alimentação CC de bancada 0-5 Amps 0-30 Volts

Tentativa 1:

• usou uma caneta de carbono condutora para desenhar uma linha de corrediça de vidro como porta e usou cola de arame para conectar o fio de cobre a uma extremidade. Em seguida, deixe secar no forno a ~ 100 graus Fahrenheit por ~ 15 minutos

• lâmina de vidro embrulhado com 1 camada de película aderente firmemente e colocada no forno a ~ 100 graus Fahrenheit por ~ 15 minutos, na tentativa de achatar as rugas da película aderente. (apenas um pequeno sucesso)

• Solução pingada de óxido de zinco e álcool isopropilico a 91% sobre a lâmina coberta e deixe secar no forno a ~ 100 graus Fahrenheit por ~ 15 minutos. Uma camada frágil com ~ 1 mm de espessura foi criada

  • desenhou a fonte e drenou ~ 2 mm em uma nova lâmina de vidro e conectou o fio de cobre com cola de arame. Deixe secar no forno a ~ 100 graus Fahrenheit por ~ 15 minutos

  • colocou a segunda lâmina de vidro em cima da primeira com o contato da fonte e do dreno para baixo, tocando a camada de óxido de zinco com a porta centralizada entre a fonte e o dreno

  • fita adesiva embrulhada firmemente ao redor dos 2 slides de vidro para ajudar no contato próximo entre todas as camadas.

  • cabo negativo conectado da fonte de alimentação CC ao portão e cabo positivo a um lado designado dreno. Multímetro conectado à fonte e dreno.

  • ligou a fonte de alimentação nas configurações mais baixas e aumentou lentamente a amperagem e a tensão para no máx. 5 amp & 30 volt

  • Nenhuma tensão ou continuidade pode ser medida entre a fonte e o dreno

  • os mesmos passos foram repetidos usando cola de fio de prata como fonte de drenagem e portão também com resultado negativo.

Tentativa # 2

Semelhante à primeira tentativa com apenas 1 lâmina de vidro. Eu pensei que a conexão entre o dreno da fonte e a camada de óxido de zinco talvez não estivesse próxima / limpa o suficiente.

• usou uma caneta de carbono condutora para desenhar uma linha de ~ 5 mm de largura na lâmina de vidro como porta e usou cola de arame para conectar o fio de cobre a uma extremidade. Em seguida, deixe secar no forno a ~ 100 graus Fahrenheit por ~ 15 minutos

  • lâmina de vidro embrulhado com 1 camada de película aderente firmemente e colocada no forno a ~ 100 graus Fahrenheit por ~ 15 minutos, na tentativa de achatar as rugas da película aderente. (apenas um pequeno sucesso)

  • gotejou uma solução de óxido de zinco e álcool isopropoyl a 91% sobre a lâmina coberta e deixe secar no forno a ~ 100 graus Fahrenheit por ~ 15 minutos. Uma camada frágil com ~ 1 mm de espessura foi criada

  • Seringa usada para desenhar linhas de fonte e drenagem diretamente na camada de óxido de zinco com cola de arame e depois conectar o fio de cobre. Deixe secar no forno a ~ 100 graus Fahrenheit por ~ 15 minutos

  • parte superior revestida com supercola para evitar a fonte e drenar a extração da camada de óxido de zinco durante o manuseio. deixe secar durante a noite

  • cabo negativo conectado da fonte de alimentação CC ao portão e cabo positivo a um lado designado dreno. Multímetro conectado à fonte e dreno.

  • ligou a fonte de alimentação nas configurações mais baixas e aumentou lentamente a amperagem e a tensão para no máx. 5 amp & 30 volt

  • Nenhuma tensão ou continuidade pode ser medida entre a fonte e o dreno

Aqui estão algumas fotos das etapas: https://imgur.com/a/jXAoOS0

No momento, não sou capaz de verificar se os materiais que usei funcionariam exatamente da mesma maneira que a descrita na experiência que tentei imitar. Por enquanto, sinto falta de nitrato de zinco, 2propanol e uma fonte de alimentação CC capaz de produzir uma voltagem de 96 volts.

Quais são as principais falhas do meu experimento?

Tenho as seguintes suposições que são difíceis de verificar no momento:

• minha camada de óxido de zinco pode ser muito inconsistente / quebradiça e não está criando uma superfície uniforme.

• meu portão dielétrico / substrato não é plano o suficiente ou é feito do material errado

• minhas folgas são muito grandes / o dielétrico da porta é muito espesso e a fonte e o dreno estão muito afastados

• meus materiais não são puros o suficiente e, portanto, não exibem as propriedades esperadas

• Descobri que a prata é usada como dopante do tipo n e, como espero que minha camada de óxido de zinco seja do tipo n, é necessário um dopante do tipo p

• Enquanto o experimento que estou tentando imitar usa cola de arame, há poucas explicações sobre qual é o material além da afirmação de que qualquer cola condutora deve funcionar. Minha cola de arame é à base de carbono, assim como a caneta condutora que usei. Não encontrei nenhuma informação se o carbono for do tipo n ou p. talvez o carbono também não possa ser usado. https://www.andaquartergetsyoucoffee.com/wp/wp-content/uploads/2009/05/zx-oxide-experiments-i.pdf

• Não consigo aplicar voltagem suficiente ao portão, pois meu suprimento atinge o máximo de 30 volts.

• minha fiação está errada

Eu estou pensando que as falhas aqui são provavelmente simples de apontar para qualquer pessoa com experiência neste campo. Todas as dicas e idéias serão muito apreciadas. Gostaria de saber se estou em algum lugar perto de um dispositivo em funcionamento.

ZnO muito grosso para um portão traseiro

Dada a sua espessura estimada de 1 mm de ZnO, ficaria surpreso se um dispositivo com a seção transversal que você desenhasse funcionasse. Você teria que efetuar portadores de carga no lado oposto do ZnO. Observe que a espessura de uma pastilha de silício típica usada para dispositivos eletrônicos normais tem cerca de 0,4-0,8 mm de espessura, e tudo de interessante acontece entre os ~ 1% superiores.

Possível problema de cozimento

Parece também que você não está praticando tão intenso após depositar como o papel que está referenciando. Parece que eles fizeram 540C por 30 minutos em uma placa quente, enquanto você fez apenas 100F por 15 minutos em um forno. Além das diferenças óbvias de temperatura, um assado no forno geralmente precisa ser significativamente maior que um assado em uma placa quente para obter o mesmo efeito.

Viés de portão negativo

Pela sua descrição, parece que você aplicou uma tensão de porta negativa em relação à fonte. Você já tentou um viés positivo no portão? O artigo parecia indicar que o MOSFET conduzia com um viés de porta positivo e conduzia um pouco menos com um viés negativo (cerca de 3% a menos). Com uma porta dielétrica mais fina que você estiver usando, eu esperaria ver uma mudança mais forte na corrente.

Outras coisas para tentar

Não vejo mais nada de errado com o resto do design. Eu esperava que ele tivesse uma chance razoável de funcionar se você fizesse um dispositivo semelhante com o portão na parte superior. No entanto, fazer isso não é trivial com seu processo.

Como alternativa, você pode tentar criar uma camada mais fina de ZnO. Um método comum na fabricação de semicondutores para depositar materiais dissolvidos em solventes é a "fundição por rotação". Deposite algum material no centro do substrato e gire a 500-10000 RPM (dependendo da espessura desejada) por 30-120s. Siga isso com um assado. Não sei como isso funcionaria com o ZnO no IPA, mas se você tiver um liquidificador de reserva, provavelmente poderá adaptar um para esse fim. Talvez você também precise jogar com sua proporção de ZnO: IPA para obter bons resultados. Não posso falar da espessura de um filme de ZnO depositado dessa maneira, para garantir que ele seja contínuo. Embora depois de ler sua postagem novamente, parece que você já estava fazendo isso com um ventilador de gabinete para PC. Talvez tente diluir ainda mais seu ZnO para obter um filme mais fino,

Outra opção é tentar criar / medir um fotorresistor no ZnO para provar a si mesmo que o ZnO é contínuo e pode conduzir corrente. Em uma pesquisa rápida, o ZnO possui um gap de banda direta de 3,3 eV, o que significa que você precisaria de luz com um comprimento de onda de cerca de 375 nm ou menos para ver a fotocondutância. Isso fica na fronteira entre a luz visível e a UV. Isso torna as coisas um pouco mais difíceis, mas o artigo indica que a fotocondutância foi observada; portanto, você provavelmente poderá reproduzir esses resultados. É um dispositivo muito mais simples do que os MOSFETs que você tentou criar. De fato, a seção que você desenhou já deve funcionar. Ilumine sua amostra de cima com a fonte de luz UV mais brilhante que você pode encontrar (o sol é uma fonte de luz UV bastante brilhante). Aplique uma voltagem e meça a corrente através do seu dispositivo (ou use a configuração de resistência em um multímetro). Devido ao grande intervalo de banda do ZnO, pode levar algum tempo até que a condutividade volte ao valor "escuro" após remover a luz, conforme observado no artigo. Embora, neste momento, tenha certeza de que você ficaria feliz em medir uma corrente.

Para criar uma função "FET", você precisa de 6 sucessos 1) um canal 2) regiões de fonte e drenagem 3) contato ôhmico não retificador de (2) a (1) 4) um portão 5) baixa densidade de cargas de superfície na interface gate-channel 6) tensão suficiente no gate para inverter a parte superior do canal, de modo que (1) e (2) funcionem como um caminho resistivo.

Por favor, seja gentil com esses 6 requisitos; meus pais não eram físicos de dispositivos.