¿Por qué este transistor de bricolaje no intentará conducir

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

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

Este experimento parece prometedor, así que intenté emular el dispositivo basado en una capa semiconductora de óxido de zinc y contactos de pegamento para cables como se describe aquí.

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

Según el documento, se logra un efecto de campo/transistor con este dispositivo al aplicar 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 puerta, que es un portaobjetos de microscopio de alrededor de 0,12 mm - 0,16 mm de grosor. Esperaba que el dieléctrico de mi compuerta de ~ 0.01 mm de espesor permitiera que el dispositivo condujera a ~ 9 voltios en la compuerta.

Mis intentos con algunos cambios:

Materiales usados:

  • "tinta/pintura" semiconductora: polvo de óxido de zinc orgánico no nano + alcohol isopropílico
  • fuente, drenaje y puerta: pluma conductora (carbón molido y aglutinante no tóxico)
  • fuente, desagüe y compuerta: cola de alambre (pasta de plata)
  • dieléctrico de la puerta: envoltura adhesiva de grado de cocina (según la búsqueda en la web ~ 0,01 mm)
  • sustrato: portaobjetos de microscopio de vidrio
  • Alambre de cobre no revestido calibre 24
  • pegamento para alambre (carbón molido y aglutinante no tóxico)
  • fuente de alimentación de CC de sobremesa 0-5 amperios 0-30 voltios

Intento # 1:

https://i.imgur.com/52jjQoP.jpg

  • usó un bolígrafo de carbón conductor para dibujar una línea deslizante de vidrio como puerta y usó pegamento para cables para conectar el cable de cobre a un extremo. Luego deje secar en el horno a ~ 100 grados Fahrenheit durante ~ 15 minutos

  • portaobjetos de vidrio envuelto con 1 capa de film transparente y colocado en el horno a ~ 100 grados Fahrenheit durante ~ 15 minutos en un intento de aplanar las arrugas en el film transparente. (único éxito menor)

  • Vierta una solución de óxido de zinc y alcohol isopropílico al 91 % en la parte superior del portaobjetos cubierto y déjelo secar en el horno a ~ 100 grados Fahrenheit durante ~ 15 minutos. Se creó una capa quebradiza de ~ 1 mm de espesor

    • dibujó la fuente y el drenaje con una separación de ~ 2 mm en un portaobjetos de vidrio nuevo y conectó el cable de cobre con pegamento para cables. Deje secar en el horno a ~ 100 grados Fahrenheit durante ~ 15 minutos

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

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

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

    • encendió la fuente de alimentación en la configuración más baja 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 usando cola de alambre de plata como fuente de drenaje y compuerta también con resultado negativo.

Intento # 2

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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.

  • usó un bolígrafo de carbón conductor para dibujar una línea de ~ 5 mm de ancho en el portaobjetos de vidrio como puerta y usó pegamento para cables para conectar el cable de cobre a un extremo. Luego deje secar en el horno a ~ 100 grados Fahrenheit durante ~ 15 minutos

    • portaobjetos de vidrio envuelto con 1 capa de film transparente y colocado en el horno a ~ 100 grados Fahrenheit durante ~ 15 minutos en un intento de aplanar las arrugas en el film transparente. (único éxito menor)

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

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

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

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

    • encendió la fuente de alimentación en la configuración más baja 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 una salida de 96 voltios.

¿Cuáles son los principales defectos de mi experimento?

Tengo las siguientes suposiciones 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.

  • el dieléctrico/sustrato de mi puerta 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 para cables, hay poca explicación sobre qué material es aparte de la afirmación de que cualquier pegamento conductor debería funcionar. Mi pegamento para cables tiene una base de carbón molido al igual que la pluma conductora que usé. No he encontrado ninguna información si el carbono es de tipo n o p. tal vez el carbono tampoco se pueda usar. https://www.anda Quartergetsyoucoffee.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 está mal

Estoy pensando que las fallas aquí son probablemente fáciles de señalar para cualquier persona con experiencia en este campo. Cualquier consejo e idea sería muy apreciada. Me pregunto si estoy cerca de un dispositivo que funcione.

Woah, buen experimento! Me pregunto cuántas personas aquí saben cómo hacer un transistor...
Siguiente paso: cables autodibujados :) Hablando en serio, no soy el que sabe lo suficiente como para hacer uno. Lástima...
Nunca he probado esto, pero me pregunto si sería más fácil comenzar haciendo un diodo y luego trabajar desde allí.
@Arce. Puede dibujar líneas en papel con un lápiz y conducirán. Eso es un cable tirado, ¿no? youtube.com/watch?v=BwKQ9Idq9FM
@Annie, probablemente tengas razón. Sin embargo, creo que también se aplicarían preguntas similares.
el conjuro y la varita mágica obviamente no estaban a la altura.
@ user287001 Créame, ¡también lo intenté! ;)
Una falla en su segundo experimento es que trató de medir el voltaje entre la 'fuente' y el 'drenaje'. Debería haber intentado medir la resistencia o poner su medidor en modo de prueba de diodos. Con nada más que su medidor conectado a la 'fuente', nunca habrá flujo de corriente o caída de voltaje a través de su 'FET'.
@brhans ¡Gracias por señalar esto! También medí la resistencia sin ningún efecto. Actualizaré mi publicación para dejar eso claro.
Tengo un poco de dificultad para seguir su proceso de fabricación. ¿Podrías dibujar una sección transversal de lo que crees que hiciste?
No veo nada emocionante en los experimentos a escala macro en cosas diseñadas para escalas micro. El resultado del artículo citado es que aplicar +/-48 V a la puerta da como resultado 30 nA en cambio de corriente. Me arriesgaría a suponer que una simple diafonía entre cables abiertos sin blindaje será 100 veces mayor.
@AliChen Absolutamente puedes hacer mosfets a escala milimétrica. Con mejores materiales podrían funcionar bastante bien.
For now I'm missing [...] 2­propanol, [...]El alcohol isopropílico es 2-propanol. De sus descripciones anteriores, parece que tiene esto. ¿O compraste óxido de zinc ya disuelto en alcohol isopropílico?
@Matt No me di cuenta de que el alcohol isopropílico y el 2propanol son lo mismo, ¡gracias! Compré polvo de óxido de zinc non-nono y alcohol isopropílico al 91% en la farmacia.
@Matt, agregué un boceto de lo que creo que hice :) i.imgur.com/BfTvbYC.png
Le recomiendo que lea "DOI: 10.1049/esej:19980509" seguido de la patente de Lilienfeld: 1900018, y luego la tesis de maestría de Bret Crawford para tener una idea de cuán difíciles pueden ser sus mediciones, incluso si funciona. (Solo una nota: hice esto cuando era mucho más joven: Energy from the Sun. También escribí [y ejecuté] mi primer programa de computadora usando otro kit de Bell Labs, CARDIAC ).
¡Gran experimento!
Voto para cerrar esta pregunta como fuera de tema porque no es relevante para este sitio.

Respuestas (2)

ZnO demasiado espeso para una puerta trasera

Dado su espesor de ZnO estimado de 1 mm, me sorprendería si funcionara un dispositivo con la sección transversal que dibujó. Tendría que efectuar portadores de carga 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 del depósito como el papel al que hace referencia. Parece que hicieron 540C durante 30 minutos en una placa caliente mientras que solo hiciste 100F durante 15 minutos en un horno. Además de las diferencias obvias de temperatura, una cocción en un horno generalmente tiene que ser significativamente más larga que una cocción 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 documento parecía indicar que el MOSFET conducía con una polarización de puerta positiva y un poco menos con una polarización negativa (alrededor de un 3 % menos). Sin embargo, con un dieléctrico de puerta más delgado como el que está usando, esperaría ver un cambio más fuerte en la corriente.

Otras cosas para probar

Sin embargo, no veo nada malo en el resto del diseño. Esperaría que tenga una posibilidad razonable de funcionar si hiciera 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 disolventes es el "spin casting". Deposite algo de material en el centro de su sustrato y gire a 500-10000 RPM (según el grosor deseado) durante 30-120 s. Siga esto con un horneado. No sé qué tan bien funcionaría esto con ZnO en IPA, pero si tiene una licuadora de repuesto, probablemente podría 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, debe asegurarse de que sea continua. Aunque después de leer tu publicación nuevamente, parece que ya estabas haciendo esto con un ventilador de PC. Tal vez intente diluir su ZnO aún más para obtener una película más delgada,

Otra opción es intentar crear/medir una fotorresistencia en ZnO para demostrarte a ti mismo que el ZnO es continuo y puede conducir corriente. En una búsqueda rápida, ZnO tiene una brecha de banda directa 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 límite entre la luz visible y la 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 ultravioleta más brillante que pueda encontrar (el sol es una fuente de luz ultravioleta 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 artículo. Aunque, en este punto, estoy seguro de que estaría feliz de medir una corriente.

Lamento la respuesta tardía y estoy muy agradecido por sus respuestas detalladas @Matt. He intentado varias versiones del enfoque de la puerta superior. Hasta ahora no pude observar ninguna caída en la resistencia al aplicar voltaje a la puerta. Los dispositivos siguen actuando como un circuito abierto. Sin embargo, pude observar una caída significativa en la resistencia al exponer todos los dispositivos probados a la luz ultravioleta (artificial y natural). Usar el pegamento de alambre de carbono como puerta en la envoltura adhesiva "puerta dieléctrica" ​​resultó difícil, así que recurrí a algunos intentos de simplemente tocando el contacto del cable con el dieléctrico.
Eventualmente, también probé con múltiples versiones para tocar el electrodo de puerta directamente con la capa de óxido de zinc entre la fuente y el drenaje sin resultados. En resumen: - Fotosensibilidad/comportamiento semiconductor confirmado con ~ 20 intentos. - Intento de acercamiento a la puerta superior con y sin material dieléctrico de la puerta. - Probado con ambas opciones de paso negativo y positivo respecto a la cancela. - No se observaron cambios en la resistencia. ¿Puedo suponer que no le estoy dando a la puerta suficiente voltaje o qué otras razones podría haber?
@ user695695 Es difícil decir cuál es el problema con seguridad, pero usar un voltaje de puerta más alto probablemente no duela. ¿Está tomando todas sus medidas en la oscuridad? Si no, pruébalo. Tal vez los portadores fotogenerados estén abrumando cualquier control de puerta que puedas observar.
De hecho, estoy haciendo mediciones en la oscuridad. Configuro el dispositivo y los cables eléctricos y luego lo cubro de la luz hasta que el ohmímetro no lee conductividad. Después de aplicar voltaje sin efecto y quitar la cubierta, los dispositivos en cuestión de segundos muestran conductividad con muy poca exposición UV requerida.
Desafortunadamente, he llegado al máximo de mi fuente de alimentación a 5 amperios y 30 voltios.

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 puerta-canal 6) suficiente voltaje en la puerta para invertir la parte superior del canal, por lo que (1) y (2) funcionarán como un camino resistivo.

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

No necesitas el #5. Tener una gran densidad de carga superficial solo cambia su voltaje de umbral. Técnicamente, tampoco necesita el n. ° 6 si creó un dispositivo de modo de agotamiento. (pero luego necesita un voltaje de puerta lo suficientemente alto como para agotar la superficie)
Gracias. ¿Puede esbozar estas declaraciones, en una respuesta que aborde la miríada de pensamientos del OP?
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