为什么这个DIY晶体管不尝试进行

我一直在尝试在家中制作粗糙的晶体管器件。到目前为止，我还没有成功。自从我读了一篇有关喷墨印刷晶体管的狂野文章以来，我在最近三个月中学到的东西对我的电气理解几乎是不存在的。

我正在尝试使用一种不需要有毒材料或高温的方法。

这个实验似乎很有希望，因此我尝试按照此处所述基于氧化锌半导体层和线胶触点模拟该设备。

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

根据该论文，该器件通过施加96伏电压而将电源的负极引线连接到栅极，将正极连接到源极或漏极来实现晶体管/场效应。

所需高电压的原因似乎是栅极电介质的厚度，后者是显微镜盖玻片的厚度约0.12mm-0.16mm。我希望我的栅极电介质厚约0.01mm，可以使器件在栅极上以约9伏的电压导通。

我的尝试有一些变化：

所用材料：

• 半导体“油墨/涂料”：有机非纳米氧化锌粉末+异丙醇
• 源极，漏极和栅极：导电笔（碳粉和无毒粘合剂）
• 源极，漏极和栅极：导线胶（银浆）
• 门电介质：厨房级保鲜膜（根据网络搜索〜0.01mm）
• 基材：玻璃显微镜盖玻片
• 24号无涂层铜线
• 电线胶（碳粉和无毒粘合剂）
• 台式直流电源0-5安培0-30伏

尝试＃1：

• 用导电碳笔画出一条线状玻璃滑片作为浇口，并用导线胶将铜线连接到一端。然后在约100华氏度的烤箱中干燥约15分钟

• 包裹着一层保鲜膜的玻璃载玻片，要紧紧包住，并在华氏100度左右的烤箱中放置约15分钟，以使保鲜膜上的皱纹变平。（仅次要成功）

• 将氧化锌和91％异丙醇的滴定溶液浸在盖玻片顶部，并在约100华氏度的烤箱中干燥约15分钟。产生了约1mm厚的脆性层

  • 在新的玻璃载玻片上将源极和漏极分开〜2mm，并用导线胶将铜线连接起来。在约100华氏度的烤箱中干燥约15分钟

  • 将第二个载玻片放在第一个载玻片的顶部，源极和漏极向下接触，使氧化锌层接触，栅极位于源极和漏极之间

  • 将透明胶带紧紧包裹在两个玻璃载玻片上，以帮助所有层之间紧密接触。

  • 将直流电源的负极引线连接到栅极，正极引线连接到一侧（称为漏极）。将万用表连接到源极和漏极。

  • 以最低设置打开电源，然后慢慢将安培数和电压调到最大。5安和30伏

  • 源极和漏极之间无法测量电压或连续性

  • 使用银线胶作为源极漏极和栅极重复相同的步骤，结果也是负面的。

尝试＃2

类似于第一次尝试只有一个载玻片。我以为源极漏极和氧化锌层之间的连接可能不够紧密/清洁。

• 用导电碳笔在载玻片上画出约5mm宽的线作为浇口，并用导线胶将铜线连接到一端。然后在约100华氏度的烤箱中干燥约15分钟

  • 包裹着一层保鲜膜的玻璃载玻片，要紧紧包住，并在华氏100度左右的烤箱中放置约15分钟，以使保鲜膜上的皱纹变平。（仅次要成功）

  • 在盖玻片上滴加氧化锌和91％异丙醇的溶液，并在约100华氏度的烤箱中干燥约15分钟。产生了约1mm厚的脆性层

  • 用注射器用导线胶直接在氧化锌层上画出源极和漏极线，然后连接铜线。在约100华氏度的烤箱中干燥约15分钟

  • 顶部涂有强力胶，以避免在处理过程中源极和漏极拉出氧化锌层。过夜干燥

  • 将直流电源的负极引线连接到栅极，正极引线连接到一侧（称为漏极）。将万用表连接到源极和漏极。

  • 以最低设置打开电源，然后慢慢将安培数和电压调到最大。5安和30伏

  • 源极和漏极之间无法测量电压或连续性

这是步骤的一些图片： https : //imgur.com/a/jXAoOS0

目前，我无法验证我使用的材料是否可以按照我尝试模拟的实验中所述完全相同的设置工作。现在我缺少硝酸锌，2-丙醇和能够输出96伏特的直流电源。

实验中的主要缺陷是什么？

我现在有以下难以验证的假设：

• 我的氧化锌层可能太不一致/太脆，不能形成均匀的表面。

• 我的栅极电介质/基板不够平坦或使用错误的材料制成

• 我的间隙太大/栅极电介质太厚，源极和漏极距离太远

• 我的材料不够纯净，因此没有显示预期的属性

• 我发现银被用作n型掺杂剂，并且由于我希望氧化锌层为n型掺杂剂，因此需要p型掺杂剂

• 尽管我要模拟的实验使用的是线胶，但是除了说明任何导电胶都可以使用的说法外，几乎没有什么材料说明。就像我使用的导电笔一样，我的电线胶是基于碳粉的。我没有找到任何信息，如果碳是n型或p型。也许也不能使用碳。https://www.andaquartergetsyoucoffee.com/wp/wp-content/uploads/2009/05/zinc-oxide-experiments-i.pdf

• 我无法在栅极上施加足够的电压，因为我的电源在30伏时最大。

• 我的接线错误

我认为对于那些在这一领域有经验的人来说，这里的缺陷可能很容易指出。任何提示和想法将不胜感激。我想知道我是否在靠近工作设备的地方。

ZnO太厚而无法用于背栅

考虑到您估计的ZnO厚度为1毫米，如果您绘制的横截面器件能够工作，我会感到惊讶。您将必须在ZnO的另一侧产生电荷载流子。请注意，用于普通电子设备的典型硅晶片的厚度约为0.4-0.8毫米，所有有趣的事情都发生在顶部〜1％。

可能的烘烤问题

看起来在沉积之后，烘烤的强度还不如参考纸高。看起来他们在加热板上将540°C加热了30分钟，而您在烤箱中仅进行了100°F加热了15分钟。除了明显的温度差异外，在烤箱中烘烤通常必须比在热板上烘烤更长的时间才能获得相同的效果。

负栅极偏置

从您的描述看来，您施加了相对于源极的负栅极电压。您是否尝试过门正偏？该论文似乎表明，MOSFET在正栅极偏置下导通，而在负偏置下导通则略少（约少3％）。随着您使用的栅极电介质变薄，我希望电流会发生更大的变化。

其他尝试

不过，我认为其余的设计没有其他问题。我希望，如果您在顶部装有门的情况下制造了类似的设备，那么它就有一定的工作机会。但是，这样做在您的过程中并不简单。

或者，您可以尝试制作更薄的ZnO层。在半导体制造中用于沉积溶解在溶剂中的材料的常用方法是“旋转浇铸”。在基材的中央沉积一些材料，然后以500-10000 RPM（取决于所需的厚度）旋转30-120s。跟着烤。我不知道这在IPA中与ZnO配合使用效果如何，但是如果周围有备用搅拌机，则可能会为此目的而改装一个。您可能还必须使用ZnO：IPA比率才能获得良好的结果。我不能说以这种方式沉积的ZnO膜需要确保其连续性的厚度。尽管在再次阅读您的文章之后，看来您已经在使用PC机箱风扇了。也许尝试进一步稀释ZnO以获得更薄的薄膜，

另一种选择是尝试在ZnO中创建/测量光敏电阻，以向自己证明ZnO是连续的并且可以传导电流。通过快速搜索，ZnO的直接带隙为3.3 eV，这意味着您需要约375 nm或更短波长的光才能看到光电导。这只是可见光和紫外线之间的边缘。这使事情变得有些困难，但是论文指出观察到了光电导，因此您可能能够复制这些结果。它比您尝试制造的MOSFET简单得多。实际上，您绘制的横截面应该已经起作用。使用可以找到的最明亮的紫外线光源从顶部照亮样品（太阳是相当明亮的紫外线光源）。施加电压并测量通过设备的电流（或使用万用表上的电阻设置）。由于ZnO的带隙较大，因此在去除光后电导率可能需要一段时间才能恢复到“暗”值，如本文中所观察到的。尽管在这一点上，我相信您一定很乐意测量电流。

要实现“ FET”功能，您需要进行6次成功操作：1）通道2）源极和漏极区域3）从（2）到（1）的非整流欧姆接触4）栅极5）在表面上电荷密度低栅极-通道接口6）栅极上的电压足以使通道的顶部反转，因此（1）和（2）将用作电阻路径。

请谨慎对待这6个要求；我的父母不是器械物理学家。