Dlaczego ten tranzystor DIY nie podejmie próby

Próbowałem zrobić w domu prymitywne urządzenie tranzystorowe. Jak dotąd nie odniosłem sukcesu. Moje elektryczne zrozumienie prawie nie istnieje poza tym, czego nauczyłem się w ciągu ostatnich 3 miesięcy, odkąd przeczytałem dziki artykuł o tranzystorach drukowanych atramentowo.

Próbuję zastosować metodę, która nie wymaga toksycznych materiałów ani wysokich temperatur.

Eksperyment ten wydaje się obiecujący, więc próbowałem emulować urządzenie oparte na warstwie półprzewodnika z tlenku cynku i stykach drut-klej, jak opisano tutaj.

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

Według artykułu efekt tranzystor / pole uzyskuje się za pomocą tego urządzenia poprzez zastosowanie 96 woltów z ujemnym przewodem zasilacza podłączonego do bramki i dodatnim podłączonym do źródła lub drenu.

przyczyną wysokiego wymaganego napięcia wydaje się być grubość dielektryka bramkowego, który jest szkiełkiem mikroskopowym o grubości około 0,12 mm - 0,16 mm. Miałem nadzieję, że dielektryk bramki o grubości ~ 0,01 mm pozwoli urządzeniu przewodzić przy bramce napięcie ~ 9 woltów.

Moje próby z pewnymi zmianami:

Użyte materiały:

• półprzewodnikowy „tusz / farba”: organiczny proszek bez tlenku cynku + alkohol izopropylowy
• źródło, odpływ i bramka: przewodzący długopis (zmielony węgiel i nietoksyczny środek wiążący)
• źródło, odpływ i bramka: klej do drutu (pasta srebrna)
• dielektryk bramkowy: folia kuchenna (według wyszukiwania w sieci ~ 0,01 mm)
• podłoże: szkiełka nakrywkowe mikroskopu
• Drut miedziany o grubości 24 mm
• klej do drutu (zmielony węgiel i nietoksyczny środek wiążący)
• stacjonarny zasilacz prądu stałego 0-5 amperów 0-30 woltów

Próba nr 1:

• wykorzystałem przewodzący długopis węglowy do narysowania szklanej prowadnicy jako bramy i użyłem kleju do drutu do połączenia drutu miedzianego z jednym końcem. Następnie pozostaw do wyschnięcia w piekarniku w ~ 100 stopniach Fahrenheita przez ~ 15 minut

• owinięty szklany szkiełko z 1 warstwą szczelnie owiniętego folią i umieszczony w piekarniku w temperaturze ~ 100 stopni Fahrenheita na ~ 15 minut w celu spłaszczenia wszelkich zmarszczek w folii spożywczej. (tylko niewielki sukces)

• Kroplowany roztwór tlenku cynku i 91% alkoholu izopropylowego na wierzchu przykrytego szkiełka i pozostawić do wyschnięcia w piekarniku w temperaturze ~ 100 stopni Fahrenheita przez ~ 15 minut. Utworzono kruchą warstwę o grubości ~ 1 mm

  • narysowałem źródło i spuść ~ 2 mm od siebie na nowej szklanej prowadnicy i połącz drut miedziany za pomocą kleju z drutu. Pozostawić do wyschnięcia w piekarniku w ~ 100 stopniach Fahrenheita przez ~ 15 minut

  • umieścił drugi szklany szkiełko na pierwszym ze źródłem i styk spustowy w dół, dotykając warstwy tlenku cynku z bramą wyśrodkowaną między źródłem a odpływem

  • owinięto ciasno taśmę klejącą wokół 2 szklanych szkiełek, aby zapewnić bliski kontakt między wszystkimi warstwami.

  • podłączony przewód ujemny zasilacza prądu stałego do bramki i przewód dodatni do wyznaczonego z jednej strony odpływu. Podłączony multimetr do źródła i odpływu.

  • włączał zasilanie przy najniższych ustawieniach i powoli podnosił natężenie i napięcie do maks. 5 amperów i 30 woltów

  • Nie można było zmierzyć napięcia ani ciągłości między źródłem a drenem

  • te same kroki powtórzono przy użyciu kleju ze srebrnego drutu jako drenażu źródła i bramki również z wynikiem ujemnym.

Próba # 2

Podobne do pierwszej próby z tylko 1 szklanym szkiełkiem. Myślałem, że połączenie między drenem źródłowym a warstwą tlenku cynku może nie być wystarczająco bliskie / czyste.

• wykorzystałem przewodzący długopis węglowy do narysowania linii o szerokości ~ 5 mm na szklanym szkiełku jako bramę i użyłem kleju do drutu do połączenia drutu miedzianego z jednym końcem. Następnie pozostaw do wyschnięcia w piekarniku w ~ 100 stopniach Fahrenheita przez ~ 15 minut

  • owinięty szklany szkiełko z 1 warstwą szczelnie owiniętego folią i umieszczony w piekarniku w temperaturze ~ 100 stopni Fahrenheita na ~ 15 minut w celu spłaszczenia wszelkich zmarszczek w folii spożywczej. (tylko niewielki sukces)

  • Rozlany roztwór tlenku cynku i 91% alkoholu izopropoilowego na wierzchu przykrytego szkiełka i pozostawić do wyschnięcia w piekarniku w temperaturze ~ 100 stopni Fahrenheita przez ~ 15 minut. Utworzono kruchą warstwę o grubości ~ 1 mm

  • używano strzykawki do narysowania linii źródła i drenażu bezpośrednio na warstwie tlenku cynku za pomocą kleju drucianego, a następnie podłączono drut miedziany. Pozostawić do wyschnięcia w piekarniku w ~ 100 stopniach Fahrenheita przez ~ 15 minut

  • pokryty blat superklejem, aby uniknąć zejścia źródła i drenażu podczas usuwania warstwy tlenku cynku podczas przenoszenia pozostawić do wyschnięcia na noc

  • podłączony przewód ujemny zasilacza prądu stałego do bramki i przewód dodatni do wyznaczonego z jednej strony odpływu. Podłączony multimetr do źródła i odpływu.

  • włączał zasilanie przy najniższych ustawieniach i powoli podnosił natężenie i napięcie do maks. 5 amperów i 30 woltów

  • Nie można było zmierzyć napięcia ani ciągłości między źródłem a drenem

Oto kilka zdjęć kroków: https://imgur.com/a/jXAoOS0

W tej chwili nie jestem w stanie zweryfikować, czy użyte materiały działałyby w dokładnie takiej samej konfiguracji, jak opisano w eksperymencie, który próbowałem naśladować. Na razie brakuje mi azotanu cynku, 2 propanolu i zasilacza prądu stałego o mocy 96 woltów.

Jakie są główne wady mojego eksperymentu?

Mam następujące założenia, które obecnie są trudne do zweryfikowania:

• moja warstwa tlenku cynku może być zbyt niespójna / krucha i nie tworzy jednolitej powierzchni.

• dielektryk / podłoże mojej bramki nie jest wystarczająco płaskie lub wykonane z niewłaściwego materiału

• moje luki są zbyt duże / dielektryk bramki jest zbyt gruby, a źródło i odpływ są zbyt daleko od siebie

• moje materiały nie są wystarczająco czyste i dlatego nie wykazują oczekiwanych właściwości

• Odkryłem, że srebro jest stosowane jako domieszka typu n, a ponieważ oczekuję, że moja warstwa tlenku cynku będzie typu n, potrzebna jest domieszka typu p

• Poddaj eksperymentowi, który próbuję naśladować, użycie kleju drucianego, niewiele jest wyjaśnień na temat tego, czym jest ten materiał, poza stwierdzeniem, że każdy klej przewodzący powinien działać. Mój klej do drutu jest na bazie mielonego węgla, podobnie jak pióro przewodzące, którego użyłem. Nie znalazłem żadnych informacji, jeśli węgiel jest typu n lub p. być może nie można również użyć węgla. https://www.andaquartergetsyoucoffee.com/wp/wp-content/uploads/2009/05/zinc-oxide-experiments-i.pdf

• Nie mogę przyłożyć wystarczającej ilości napięcia do bramki, ponieważ mój zapas maksymalizuje się do 30 woltów.

• moje okablowanie jest nieprawidłowe

Myślę, że wady tutaj są prawdopodobnie łatwe do wskazania dla każdego, kto ma doświadczenie w tej dziedzinie. Wszelkie wskazówki i pomysły będą mile widziane. Zastanawiam się, czy jestem w pobliżu działającego urządzenia.

ZnO zbyt gruby na tylną bramę

Biorąc pod uwagę twoją szacunkową grubość ZnO 1 mm, byłbym zaskoczony, gdyby zadziałało urządzenie z narysowanym przekrojem. Należałoby wprowadzić nośniki ładunku po przeciwnej stronie ZnO. Należy pamiętać, że grubość typowego wafla krzemowego używanego do normalnych urządzeń elektronicznych wynosi około 0,4-0,8 mm, a wszystko, co interesujące, dzieje się w górnej części ~ 1%.

Możliwy problem z piecem

Wydaje się również, że po złożeniu depozytu nie robisz prawie tak intensywnego pieczenia jak papier, do którego się odwołujesz. Wygląda na to, że robili 540 ° C przez 30 minut na gorącej płycie, a ty robiłeś 100F przez 15 minut w piekarniku. Oprócz oczywistych różnic temperatur, piec w piekarniku zwykle musi być znacznie dłuższy niż piec na gorącej płycie, aby uzyskać ten sam efekt.

Negatywne nastawienie bramki

Z twojego opisu wygląda to tak, jakbyś zastosował ujemne napięcie bramki względem źródła. Czy próbowałeś pozytywnego nastawienia bramy? Artykuł wydawał się wskazywać, że MOSFET prowadził z dodatnim nastawieniem bramkowym i działał nieco mniej przy ujemnym nastawieniu (około 3% mniej). Przy cieńszym dielektryku bramkowym, jakiego używasz, oczekiwałbym jednak silniejszej zmiany prądu.

Inne rzeczy do wypróbowania

Nie widzę jednak nic złego w pozostałej części projektu. Spodziewałbym się, że ma rozsądną szansę na działanie, jeśli stworzysz podobne urządzenie z bramą na górze. Jednak robienie tego nie jest trywialne z twoim procesem.

Alternatywnie możesz spróbować wykonać cieńszą warstwę ZnO. Powszechną metodą wytwarzania półprzewodników do osadzania materiałów rozpuszczonych w rozpuszczalnikach jest „odlewanie obrotowe”. Umieść trochę materiału na środku podłoża i obracaj z prędkością 500-10000 RPM (w zależności od pożądanej grubości) przez 30-120 sekund. Śledź to z piecem. Nie wiem, jak dobrze by to działało z ZnO w IPA, ale jeśli masz leżący zapasowy blender, prawdopodobnie możesz go dostosować do tego celu. Być może będziesz musiał grać ze współczynnikiem ZnO: IPA, aby uzyskać dobre wyniki. Nie mogę porozmawiać o grubości osadzonej w ten sposób folii ZnO, aby zapewnić jej ciągłość. Chociaż po ponownym przeczytaniu posta wygląda na to, że robiłeś to już z wentylatorem obudowy komputera. Może spróbuj jeszcze bardziej rozcieńczyć ZnO, aby uzyskać cieńszy film,

Inną opcją jest próba utworzenia / pomiaru fotorezystora w ZnO, aby udowodnić sobie, że ZnO jest ciągły i może przewodzić prąd. Z szybkiego wyszukiwania ZnO ma bezpośrednią przerwę pasmową 3,3 eV, co oznacza, że ​​potrzebujesz światła o długości fali około 375 nm lub krótszej, aby zobaczyć fotoprzewodzenie. To jest na granicy między światłem widzialnym a UV. To sprawia, że ​​wszystko jest nieco trudniejsze, ale w dokumencie wskazano, że zaobserwowano fotoprzewodzenie, więc prawdopodobnie będziesz w stanie odtworzyć te wyniki. Jest to znacznie prostsze urządzenie niż MOSFET, które próbowałeś zrobić. W rzeczywistości narysowany przekrój powinien już działać. Podświetl swoją próbkę od góry najjaśniejszym źródłem światła UV, jakie możesz znaleźć (słońce jest dość jasnym źródłem światła UV). Podaj napięcie i zmierz prąd przez urządzenie (lub użyj ustawienia rezystancji na multimetrze). Z powodu dużej przerwy pasmowej ZnO może upłynąć trochę czasu, zanim przewodność spadnie do wartości „ciemnej” po usunięciu światła, jak zaobserwowano w pracy. Chociaż w tym momencie jestem pewien, że z przyjemnością zmierzysz prąd.

Aby wykonać funkcję „FET”, potrzebujesz 6 sukcesów 1) kanał 2) obszary źródła i drenażu 3) nie rektyfikacyjny kontakt omowy od (2) do (1) 4) bramka 5) niska gęstość ładunków powierzchniowych na interfejs brama-kanał 6) wystarczające napięcie na bramce, aby odwrócić górną część kanału, więc (1) i (2) będą działać jako ścieżka rezystancyjna.

Prosimy o delikatne przestrzeganie tych 6 wymagań; moi rodzice nie byli fizykami urządzeń.