¿Por qué este transistor DIY no intentará conducir

He estado tratando de hacer un dispositivo de transistor crudo en casa. Hasta ahora no he tenido éxito. Mi comprensión eléctrica es casi inexistente aparte de lo que aprendí en los últimos 3 meses desde que leí un artículo salvaje sobre los transistores impresos por inyección de tinta.

Estoy tratando de usar un método que no requiere materiales tóxicos o altas temperaturas.

Este experimento parece prometedor, por lo que he tratado de emular el dispositivo basado en una capa de semiconductor de óxido de zinc y contactos de pegamento de alambre como se describe aquí.

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

Según el documento, se logra un efecto de transistor / campo con este dispositivo aplicando 96 voltios con el cable negativo de la fuente de alimentación conectado a la puerta y el positivo conectado a la fuente o al drenaje.

La razón del alto voltaje requerido parece ser el grosor del dieléctrico de la compuerta, que es un cubreobjetos de microscopio de 0.12 mm a 0.16 mm de espesor. Esperaba que mi dieléctrico de la puerta con un grosor de ~ 0.01 mm permitiera que el dispositivo conduzca a ~ 9 voltios en la puerta.

Mis intentos con algunos cambios:

Materiales usados:

• "tinta / pintura" semiconductora: polvo orgánico de óxido de zinc no nano + alcohol isopropílico
• fuente, drenaje y compuerta: pluma conductora (carbón molido y aglutinante no tóxico)
• fuente, drenaje y compuerta: pegamento de alambre (pasta de plata)
• dieléctrico de la puerta: envoltura adhesiva de grado de cocina (de acuerdo con la búsqueda web ~ 0.01 mm)
• sustrato: portaobjetos de vidrio para microscopio
• Alambre de cobre sin recubrimiento de calibre 24
• cola de alambre (carbón molido y aglutinante no tóxico)
• fuente de alimentación de CC de sobremesa 0-5 amperios 0-30 voltios

Intento n. ° 1:

• usé una pluma de carbón conductora para dibujar una línea de deslizamiento de vidrio como la puerta y usé pegamento de alambre para conectar el alambre de cobre a un extremo. Luego, deje secar en el horno a ~ 100 grados Fahrenheit durante ~ 15 minutos

• Envuelva el portaobjetos de vidrio con 1 capa de envoltura adhesiva firmemente y colóquelo en el horno a ~ 100 grados Fahrenheit durante ~ 15 minutos en un intento de aplanar las arrugas en la envoltura adhesiva. (solo éxito menor)

• Solución goteada de óxido de zinc y alcohol isopropoílico al 91% sobre el portaobjetos cubierto y dejar secar en el horno a ~ 100 grados Fahrenheit durante ~ 15 minutos. Se creó una capa quebradiza de ~ 1 mm de grosor

  • extrajo la fuente y drenó ~ 2 mm de distancia en un nuevo portaobjetos de vidrio y conectó un cable de cobre con pegamento. Deje secar en el horno a ~ 100 grados Fahrenheit durante ~ 15 minutos

  • coloca el segundo portaobjetos de vidrio encima del primero con la fuente y el contacto de drenaje hacia abajo tocando la capa de óxido de zinc con la puerta centrada entre la fuente y el drenaje

  • envuelva la cinta adhesiva firmemente alrededor de las 2 diapositivas de vidrio para ayudar con el contacto cercano entre todas las capas.

  • cable negativo conectado de la fuente de alimentación de CC a la puerta y el cable positivo a un lado designado drenaje. Multímetro conectado a la fuente y al drenaje.

  • Encendió la fuente de alimentación en los ajustes más bajos y lentamente aumentó el amperaje y el voltaje al máximo. 5 amperios y 30 voltios

  • No se pudo medir voltaje o continuidad entre la fuente y el drenaje

  • Se repitieron los mismos pasos utilizando pegamento de alambre de plata como drenaje de fuente y compuerta también con resultado negativo.

Intento n. ° 2

Similar al primer intento con solo 1 portaobjetos de vidrio. Pensé que la conexión entre el drenaje de la fuente y la capa de óxido de zinc podría no estar lo suficientemente cerca / limpia.

• usé una pluma de carbón conductora para dibujar una línea de ~ 5 mm de ancho en el portaobjetos de vidrio como la puerta y usé pegamento de alambre para conectar el alambre de cobre a un extremo. Luego, deje secar en el horno a ~ 100 grados Fahrenheit durante ~ 15 minutos

  • Envuelva el portaobjetos de vidrio con 1 capa de envoltura adhesiva firmemente y colóquelo en el horno a ~ 100 grados Fahrenheit durante ~ 15 minutos en un intento de aplanar las arrugas en la envoltura adhesiva. (solo éxito menor)

  • solución goteada de óxido de zinc y alcohol isopropoílico al 91% sobre el portaobjetos cubierto y deje secar en el horno a ~ 100 grados Fahrenheit durante ~ 15 minutos. Se creó una capa quebradiza de ~ 1 mm de grosor

  • usé una jeringa para dibujar las líneas de fuente y drenaje directamente en la capa de óxido de zinc con pegamento de alambre y luego conecté el alambre de cobre. Deje secar en el horno a ~ 100 grados Fahrenheit durante ~ 15 minutos

  • parte superior recubierta con superpegamento para evitar la fuente y el drenaje que tira de la capa de óxido de zinc durante la manipulación. dejar secar durante la noche

  • cable negativo conectado de la fuente de alimentación de CC a la puerta y el cable positivo a un lado designado drenaje. Multímetro conectado a la fuente y al drenaje.

  • Encendió la fuente de alimentación en los ajustes más bajos y lentamente aumentó el amperaje y el voltaje al máximo. 5 amperios y 30 voltios

  • No se pudo medir voltaje o continuidad entre la fuente y el drenaje

Aquí hay algunas fotos de los pasos: https://imgur.com/a/jXAoOS0

Por el momento no puedo verificar si los materiales que utilicé funcionarían exactamente en la misma configuración que se describe en el experimento que intenté emular. Por ahora me falta nitrato de zinc, 2propanol y una fuente de alimentación de CC capaz de producir 96 voltios.

¿Cuáles son las principales fallas en mi experimento?

Tengo los siguientes supuestos que son difíciles de verificar en este momento:

• mi capa de óxido de zinc puede ser demasiado inconsistente / quebradiza y no está creando una superficie uniforme.

• mi dieléctrico / sustrato de la compuerta no es lo suficientemente plano o está hecho del material incorrecto

• mis espacios son demasiado grandes / el dieléctrico de la puerta es demasiado grueso y la fuente y el drenaje están demasiado separados

• mis materiales no son lo suficientemente puros y, por lo tanto, no muestran las propiedades esperadas

• Descubrí que la plata se usa como un dopante de tipo n y dado que espero que mi capa de óxido de zinc sea de tipo n, se necesita un dopante de tipo p

• Si bien el experimento que estoy tratando de emular usa pegamento de alambre, hay poca explicación sobre cuál es el material además de la afirmación de que cualquier pegamento conductor debería funcionar. Mi pegamento de alambre está basado en carbón molido al igual que la pluma conductora que usé. No he encontrado ninguna información si el carbono es n o p-type. quizás el carbono tampoco se pueda usar. https://www.andaquartergetsyoucoffee.com/wp/wp-content/uploads/2009/05/zinc-oxide-experiments-i.pdf

• No puedo aplicar suficiente voltaje a la puerta ya que mi suministro alcanza un máximo de 30 voltios.

• mi cableado esta mal

Creo que los defectos aquí son probablemente fáciles de señalar para cualquier persona con experiencia en este campo. Cualquier sugerencia e idea sería muy apreciada. Me pregunto si estoy cerca de un dispositivo que funcione.

ZnO demasiado grueso para una puerta trasera

Dado su grosor estimado de ZnO de 1 mm, me sorprendería si funcionara un dispositivo con la sección transversal que dibujó. Tendría que efectuar cargadores en el lado opuesto del ZnO. Tenga en cuenta que el grosor de una oblea de silicio típica utilizada para dispositivos electrónicos normales es de aproximadamente 0.4-0.8 mm de grosor, y todo lo interesante sucede en la parte superior ~ 1%.

Posible problema de horneado

También parece que no está haciendo un horneado tan intenso después de depositar como el papel al que hace referencia. Parece que hicieron 540C durante 30 minutos en un plato caliente mientras que solo hiciste 100F durante 15 minutos en un horno. Además de las diferencias obvias de temperatura, un horneado en un horno generalmente tiene que ser significativamente más largo que un horneado en una placa caliente para obtener el mismo efecto.

Sesgo de puerta negativa

Según su descripción, parece que aplicó un voltaje de puerta negativo en relación con la fuente. ¿Has probado un sesgo de puerta positivo? El artículo parecía indicar que el MOSFET se realizó con un sesgo de compuerta positivo y se realizó un poco menos con un sesgo negativo (aproximadamente 3% menos). Sin embargo, con un dieléctrico de compuerta más delgado que está utilizando, esperaría ver un cambio más fuerte en la corriente.

Otras cosas para probar

Sin embargo, no veo nada más malo en el resto del diseño. Esperaría que tenga una posibilidad razonable de funcionar si hiciste un dispositivo similar con la puerta en la parte superior. Sin embargo, hacerlo no es trivial con su proceso.

Alternativamente, podría intentar hacer una capa de ZnO más delgada. Un método común en la fabricación de semiconductores para depositar materiales disueltos en solventes es el "moldeo por rotación". Deposite algo de material en el centro de su sustrato y gire a 500-10000 RPM (dependiendo del grosor deseado) durante 30-120s. Sigue esto con un horneado. No sé qué tan bien funcionaría esto con ZnO en IPA, pero si tienes una licuadora de repuesto, probablemente puedas adaptar una para este propósito. Es posible que también deba jugar con su relación ZnO: IPA para obtener buenos resultados. No puedo hablar sobre el grosor de una película de ZnO depositada de esta manera, necesita asegurarse de que sea continua. Aunque después de leer su publicación nuevamente, parece que ya lo estaba haciendo con un ventilador de carcasa de PC. Tal vez intente diluir aún más su ZnO para obtener una película más delgada,

Otra opción es intentar crear / medir un fotorresistor en ZnO para probarse a sí mismo que el ZnO es continuo y puede conducir corriente. A partir de una búsqueda rápida, ZnO tiene un intervalo de banda directo de 3.3 eV, lo que significa que necesitaría luz con una longitud de onda de aproximadamente 375 nm o menos para ver la fotoconductancia. Esto está justo en el borde entre la luz visible y la luz ultravioleta. Esto hace las cosas un poco más difíciles, pero el documento indicó que se observó fotoconductancia, por lo que probablemente podría reproducir esos resultados. Es un dispositivo mucho más simple que los MOSFET que intentaste hacer. De hecho, la sección transversal que dibujó ya debería funcionar. Ilumine su muestra desde la parte superior con la fuente de luz UV más brillante que pueda encontrar (el sol es una fuente de luz UV bastante brillante). Aplique un voltaje y mida la corriente a través de su dispositivo (o use la configuración de resistencia en un multímetro). Debido a la gran brecha de banda de ZnO, la conductividad puede tardar un tiempo en volver al valor "oscuro" después de eliminar la luz, como se observa en el documento. Aunque, en este punto, estoy seguro de que le agradaría medir una corriente.

Para hacer una función "FET", necesita 6 éxitos 1) un canal 2) regiones de fuente y drenaje 3) contacto óhmico no rectificador de (2) a (1) 4) una puerta 5) baja densidad de cargas superficiales en el interfaz de canal de puerta 6) suficiente voltaje en la puerta para invertir la parte superior del canal, por lo que (1) y (2) funcionarán como una ruta resistiva.

Sea amable con estos 6 requisitos; mis padres no eran físicos de dispositivos.