Warum versucht dieser DIY-Transistor nicht das Verhalten?

Ich habe versucht, zu Hause ein grobes Transistorgerät herzustellen. Bisher war ich nicht erfolgreich. Mein elektrisches Verständnis ist so gut wie nicht vorhanden, außer dem, was ich in den letzten 3 Monaten gelernt habe, seit ich einen wilden Artikel über Transistoren mit Tintenstrahldruck gelesen habe.

Ich versuche eine Methode zu verwenden, die keine giftigen Materialien oder hohen Temperaturen erfordert.

Dieses Experiment scheint vielversprechend zu sein, daher habe ich versucht, das Gerät basierend auf einer Zinkoxid-Halbleiterschicht und Draht-Klebstoff-Kontakten wie hier beschrieben zu emulieren.

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

Dem Papier zufolge wird mit dieser Vorrichtung ein Transistor- / Feldeffekt erzielt, indem 96 Volt angelegt werden, wobei die negative Leitung der am Gate angebrachten Stromversorgung und die positive Leitung entweder an Source oder Drain angeschlossen sind.

Der Grund für die hohe erforderliche Spannung scheint die Dicke des Gate-Dielektrikums zu sein, bei dem es sich um einen Objektträger mit einer Dicke von etwa 0,12 mm bis 0,16 mm handelt. Ich hatte gehofft, dass mein Gate-Dielektrikum mit einer Dicke von ~ 0,01 mm es dem Gerät ermöglichen würde, mit ~ 9 Volt am Gate zu leiten.

Meine Versuche mit einigen Änderungen:

Verwendete Materialien:

• Halbleiter "Tinte / Farbe": organisches Nicht-Nano-Zinkoxidpulver + Isopropylalkohol
• Quelle, Abfluss und Tor: leitfähiger Stift (gemahlener Kohlenstoff und ungiftiges Bindemittel)
• Quelle, Abfluss und Tor: Drahtkleber (Silberpaste)
• Gate-Dielektrikum: Frischhaltefolie in Küchenqualität (laut Websuche ~ 0,01 mm)
• Substrat: Objektträger mit Glasmikroskopabdeckung
• 24 Gauge unbeschichteter Kupferdraht
• Drahtkleber (gemahlener Kohlenstoff und ungiftiges Bindemittel)
• Tisch-Gleichstromversorgung 0-5 Ampere 0-30 Volt

Versuch Nr. 1:

• Verwenden Sie einen leitfähigen Carbonstift, um einen Linienglasschieber als Tor zu zeichnen, und verwenden Sie Drahtkleber, um Kupferdraht an einem Ende zu verbinden. Dann im Ofen bei ~ 100 Grad Fahrenheit für ~ 15 Minuten trocknen lassen

• eingewickelter Glasobjektträger mit 1 Schicht Frischhaltefolie fest und ~ 15 Minuten bei ~ 100 Grad Fahrenheit in den Ofen gestellt, um Falten in der Frischhaltefolie zu glätten. (nur geringer Erfolg)

• Tropfende Lösung aus Zinkoxid und 91% Isopropoylalkohol auf den abgedeckten Objektträger geben und ~ 15 Minuten bei ~ 100 Grad Fahrenheit im Ofen trocknen lassen. Eine spröde Schicht mit einer Dicke von ~ 1 mm wurde erzeugt

  • Quelle und Abfluss auf einem neuen Objektträger in einem Abstand von ca. 2 mm gezogen und Kupferdraht mit Drahtkleber verbunden. Im Ofen bei ~ 100 Grad Fahrenheit ~ 15 Minuten trocknen lassen

  • Legen Sie den zweiten Glasobjektträger mit dem Kontakt zwischen Source und Drain nach unten auf den ersten, indem Sie die Zinkoxidschicht berühren, wobei das Gate zwischen Source und Drain zentriert ist

  • Wickeln Sie das Klebeband fest um die 2 Objektträger, um einen engen Kontakt zwischen allen Schichten zu gewährleisten.

  • Das negative Kabel der Gleichstromversorgung mit dem Gate und das positive Kabel mit einer Seite verbunden, die als Drain bezeichnet ist. Multimeter an Source und Drain angeschlossen.

  • Stromversorgung bei niedrigsten Einstellungen eingeschaltet und Stromstärke und Spannung langsam auf max. 5 Ampere & 30 Volt

  • Es konnte keine Spannung oder Kontinuität zwischen Source und Drain gemessen werden

  • Die gleichen Schritte wurden unter Verwendung von Silberdrahtkleber als Source Drain und Gate ebenfalls mit negativem Ergebnis wiederholt.

Versuch Nr. 2

Ähnlich wie beim ersten Versuch mit nur 1 Objektträger. Ich dachte, die Verbindung zwischen dem Source Drain und der Zinkoxidschicht könnte nicht eng genug sein.

• Verwenden Sie einen leitfähigen Carbonstift, um eine ~ 5 mm breite Linie auf dem Glasobjektträger als Tor zu zeichnen, und verwenden Sie Drahtkleber, um Kupferdraht an einem Ende zu verbinden. Dann im Ofen bei ~ 100 Grad Fahrenheit für ~ 15 Minuten trocknen lassen

  • eingewickelter Glasobjektträger mit 1 Schicht Frischhaltefolie fest und ~ 15 Minuten bei ~ 100 Grad Fahrenheit in den Ofen gestellt, um Falten in der Frischhaltefolie zu glätten. (nur geringer Erfolg)

  • tropfte Lösung von Zinkoxid und 91% Isopropoylalkohol auf den abgedeckten Objektträger und ließ ihn ~ 15 Minuten bei ~ 100 Grad Fahrenheit im Ofen trocknen. Eine spröde Schicht mit einer Dicke von ~ 1 mm wurde erzeugt

  • Verwenden Sie eine Spritze, um die Quell- und Abflussleitungen direkt auf die Zinkoxidschicht mit Drahtkleber und anschließendem Kupferdraht zu ziehen. Im Ofen bei ~ 100 Grad Fahrenheit ~ 15 Minuten trocknen lassen

  • Beschichtetes Oberteil mit Sekundenkleber, um zu vermeiden, dass Source und Drain während der Handhabung die Zinkoxidschicht abziehen. über Nacht trocknen lassen

  • Das negative Kabel der Gleichstromversorgung mit dem Gate und das positive Kabel mit einer Seite verbunden, die als Drain bezeichnet ist. Multimeter an Source und Drain angeschlossen.

  • Stromversorgung bei niedrigsten Einstellungen eingeschaltet und Stromstärke und Spannung langsam auf max. 5 Ampere & 30 Volt

  • Es konnte keine Spannung oder Kontinuität zwischen Source und Drain gemessen werden

Hier einige Bilder der Schritte: https://imgur.com/a/jXAoOS0

Im Moment kann ich nicht überprüfen, ob die von mir verwendeten Materialien genau so funktionieren wie in dem Experiment, das ich zu emulieren versucht habe. Im Moment fehlen mir Zinknitrat, 2 Propanol und ein Gleichstromnetzteil mit einer Ausgangsleistung von 96 Volt.

Was sind die Hauptmängel in meinem Experiment?

Ich habe die folgenden Annahmen, die derzeit schwer zu überprüfen sind:

• Meine Zinkoxidschicht ist möglicherweise zu inkonsistent / spröde und erzeugt keine gleichmäßige Oberfläche.

• Mein Gate-Dielektrikum / Substrat ist nicht flach genug oder besteht aus dem falschen Material

• Meine Lücken sind zu groß / das Gate-Dielektrikum ist zu dick und Source und Drain sind zu weit voneinander entfernt

• Meine Materialien sind nicht rein genug und weisen daher nicht die erwarteten Eigenschaften auf

• Ich habe festgestellt, dass Silber als Dotierstoff vom n-Typ verwendet wird, und da ich erwarte, dass meine Zinkoxidschicht vom n-Typ ist, wird ein Dotierstoff vom p-Typ benötigt

• Während das Experiment, das ich zu emulieren versuche, Drahtkleber verwendet, gibt es kaum eine Erklärung dafür, was das Material ist, außer der Aussage, dass jeder leitfähige Kleber funktionieren sollte. Mein Drahtkleber basiert auf gemahlenem Kohlenstoff, genau wie der leitfähige Stift, den ich verwendet habe. Ich habe keine Informationen gefunden, ob Kohlenstoff vom n- oder p-Typ ist. Vielleicht kann Kohlenstoff auch nicht verwendet werden. https://www.andaquartergetsyoucoffee.com/wp/wp-content/uploads/2009/05/zinc-oxide-experiments-i.pdf

• Ich kann nicht genug Spannung an das Gate anlegen, da meine Versorgung bei 30 Volt maximal ist.

• Meine Verkabelung ist falsch

Ich denke, die Mängel hier sind wahrscheinlich einfach für jeden mit Erfahrung auf diesem Gebiet aufzuzeigen. Alle Tipps und Ideen wäre sehr dankbar. Ich frage mich, ob ich irgendwo in der Nähe eines funktionierenden Geräts bin.

ZnO zu dick für ein Hintertor

Angesichts Ihrer geschätzten ZnO-Dicke von 1 mm wäre ich überrascht, wenn ein Gerät mit dem von Ihnen gezeichneten Querschnitt funktionieren würde. Sie müssten Ladungsträger auf der gegenüberliegenden Seite des ZnO bewirken. Beachten Sie, dass die Dicke eines typischen Siliziumwafers, der für normale elektronische Geräte verwendet wird, etwa 0,4 bis 0,8 mm beträgt und alles Interessante in den oberen ~ 1% geschieht.

Mögliches Backproblem

Es scheint auch, dass Sie nach dem Einlegen nicht annähernd so intensiv backen wie das Papier, auf das Sie sich beziehen. Es sieht so aus, als hätten sie 30 Minuten lang 540 ° C auf einer heißen Platte gemacht, während Sie nur 15 Minuten lang 100 ° F in einem Ofen gemacht haben. Neben den offensichtlichen Temperaturunterschieden muss ein Backen in einem Ofen normalerweise erheblich länger sein als ein Backen auf einer Heizplatte, um den gleichen Effekt zu erzielen.

Negative Gate-Vorspannung

Aus Ihrer Beschreibung geht hervor, dass Sie eine negative Gate-Spannung relativ zur Quelle angelegt haben. Haben Sie eine positive Gate-Vorspannung versucht? Das Papier schien darauf hinzuweisen, dass der MOSFET mit einer positiven Gate-Vorspannung und etwas weniger mit einer negativen Vorspannung (etwa 3% weniger) durchgeführt wurde. Bei einem dünneren Gate-Dielektrikum, wie Sie es verwenden, würde ich jedoch eine stärkere Stromänderung erwarten.

Andere Dinge zu versuchen

Ich sehe aber nichts anderes falsch mit dem Rest des Designs. Ich würde erwarten, dass es eine vernünftige Chance hat zu funktionieren, wenn Sie ein ähnliches Gerät mit dem Tor oben herstellen. Dies ist jedoch bei Ihrem Prozess nicht trivial.

Alternativ können Sie versuchen, eine dünnere ZnO-Schicht herzustellen. Ein übliches Verfahren bei der Halbleiterherstellung zum Abscheiden von in Lösungsmitteln gelösten Materialien ist das "Schleudergießen". Legen Sie etwas Material in die Mitte Ihres Substrats und schleudern Sie es 30-120 s bei 500-10000 U / min (abhängig von der gewünschten Dicke). Folgen Sie diesem mit einem Backen. Ich weiß nicht, wie gut dies mit ZnO in IPA funktionieren würde, aber wenn Sie einen Ersatzmixer herumliegen haben, könnten Sie wahrscheinlich einen für diesen Zweck anpassen. Möglicherweise müssen Sie auch mit Ihrem ZnO: IPA-Verhältnis spielen, um gute Ergebnisse zu erzielen. Ich kann nicht sagen, wie dick ein auf diese Weise abgeschiedener ZnO-Film ist, um sicherzustellen, dass er kontinuierlich ist. Obwohl es nach dem erneuten Lesen Ihres Beitrags so aussieht, als hätten Sie dies bereits mit einem PC-Gehäuselüfter getan. Versuchen Sie vielleicht, Ihr ZnO weiter zu verdünnen, um einen dünneren Film zu erhalten.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, zu versuchen, einen Fotowiderstand in ZnO zu erzeugen / zu messen, um sich selbst zu beweisen, dass das ZnO kontinuierlich ist und Strom leiten kann. Nach einer schnellen Suche hat ZnO eine direkte Bandlücke von 3,3 eV, was bedeutet, dass Sie Licht mit einer Wellenlänge von etwa 375 nm oder weniger benötigen würden, um die Fotoleitfähigkeit zu sehen. Dies ist nur am Rande zwischen sichtbarem und UV-Licht. Dies macht die Sache etwas schwieriger, aber das Papier zeigte an, dass eine Photoleitfähigkeit beobachtet wurde, sodass Sie diese Ergebnisse wahrscheinlich reproduzieren können. Es ist ein viel einfacheres Gerät als die MOSFETs, die Sie hergestellt haben. Tatsächlich sollte der von Ihnen gezeichnete Querschnitt bereits funktionieren. Beleuchten Sie Ihre Probe von oben mit der hellsten UV-Lichtquelle, die Sie finden können (die Sonne ist eine ziemlich helle UV-Lichtquelle). Legen Sie eine Spannung an und messen Sie den Strom durch Ihr Gerät (oder verwenden Sie die Widerstandseinstellung eines Multimeters). Aufgrund der großen Bandlücke von ZnO kann es einige Zeit dauern, bis die Leitfähigkeit nach dem Entfernen des Lichts auf den "dunklen" Wert zurückfällt, wie im Papier beobachtet. Obwohl ich zu diesem Zeitpunkt sicher bin, dass Sie gerne überhaupt einen Strom messen würden.

Um eine "FET" -Funktion durchzuführen, benötigen Sie 6 Erfolge: 1) einen Kanal 2) Source- und Drain-Bereiche 3) einen nicht gleichrichtenden ohmschen Kontakt von (2) zu (1) 4) ein Gate 5) eine geringe Dichte von Oberflächenladungen am Gate-Kanal-Schnittstelle 6) genug Spannung am Gate, um den oberen Teil des Kanals zu invertieren, so dass (1) und (2) als Widerstandspfad fungieren.

Bitte gehen Sie vorsichtig mit diesen 6 Anforderungen um. Meine Eltern waren keine Gerätephysiker.