Деревянный транзистор – без единого гвоздя

К тому же его, по доброй народной традиции, вполне можно вытесать топором – по крайней мере теоретически ничто этому не препятствует… Первый в мире деревянный транзистор создала группа инженеров в университете шведского города Линчёпинг в сотрудничестве с Центром древесных наук Валленберга (Wallenberg Wood Science Center). Он сделан из бальсового дерева, имеет характерный размер 3 см и рабочую частоту менее 1 Гц.

Понятно, что никакой конкуренции современным полупроводниковым процессорам потенциально доступные теперь деревянные (состоящие из подобных линчепингскому транзисторов) не составят. Однако исследователям было важно доказать принципиальную возможность создавать полупроводниковые структуры из древесного материала – поскольку для целого ряда специфических приложений их применение может оказаться значительно выгоднее привычных сегодня чипов.

Инженеры взяли за основу небольшие отщепы бальсового дерева, известного своей прочностью, и путем вымачивания в особых химикатах удалили из них лигнин, один из структурных компонентов древесины. В образовавшиеся после удаления лигнина каналы с целлюлозными стенками был введен проводящий водорастворимый полимер, так что бальсовые щепки превратились в проводники. Важно, что когда в толщу этого полимера под рабочим названием PEDOT:PSS проникают протоны, он на время теряет проводящие свойства, превращаясь в диэлектрик, – пока протоны не окажутся связаны в ходе естественных химических реакций.

Дальнейшее было делом техники: одна трехсантиметровая щепка была назначена транзисторным каналом (с источником зарядов на одном конце и стоком на другом), а к ней перпендикулярно с двух сторон присоединили еще две, выполняющие роль затвора. Между каналом и обеими половинками затвора поместили специальный гелевый электролит, который под воздействием приложенного напряжения испускает протоны. Соответственно, если на затвор подать напряжение, ток через базу транзистора не будет идти, поскольку полимер внутри щепки-затвора потеряет проводимость. Когда же управляющее напряжение снимают – канал вновь открывается.

В таком простейшем варианте бальсовый транзистор может служить разве что переключателем режимов работы для других устройств. Чтобы конструировать логические схемы по тем же принципам, по которым строятся полупроводниковые СБИС, необходим еще один, комплементарный транзистор, канал которого будет закрыт в отсутствие прилагаемого к затвору напряжения и открыт при его наличии. 

Однако сама возможность того, что из сосудистой части древесины реально в принципе создавать полупроводниковые приборы, чрезвычайно важна для стремительно развивающейся сегодня биоэлектроники, которая пока что вынуждена оперировать с органическими логическими контурами на неорганических (керамических, стеклянных) подложках – по причине существенной хрупкости либо аморфной природы проводящих ток биоматериалов. Древесина же с ее стабильной структурой имеет неплохой потенциал стать основой для полностью органической – биоразлагаемой, а возможно, даже целенаправленно выращиваемой электроники.