Hoe sneller de transistoren in een chip kunnen schakelen, des te efficiënter wordt onze computer of mobiele telefoon. Het materiaal waarvan de transistor is gemaakt, vormt een belangrijke sleutel tot de verbetering van de prestaties. Augusta Goedhart, studente Technische Natuurkunde, bestudeert het transport van elektrische ladingen door verschillende organische transistormaterialen.

Een transistor is te vergelijken met een lichtknopje waarmee je een lamp aan en uit kunt zetten. Het bevat een materiaal waarop een elektrische spanning wordt gezet. Afhankelijk van de spanningswaarde laat het materiaal wel of geen stroom door. Zo functioneert de transistor als een schakelaar.

“De transistor is één van de belangrijkste uitvindingen van de twintigste eeuw”, zegt Augusta Goedhart. “Een chip bevat vaak duizenden tot soms wel miljarden transistoren. Meestal zijn die gemaakt van anorganische halfgeleiders. Organische transistoren zijn echter makkelijker en goedkoper te produceren.”

Hoe het ladingstransport in organische materialen precies plaatsvindt, is niet helemaal duidelijk. Om meer inzicht te krijgen in dit proces, bestudeert Goedhart twee materialen: zinkoxide en thiophene. De experimenten met het thiophene moeten nog beginnen. Zinkoxide is een halfgeleidend materiaal dat in laagjes van 8 tot 25 nanometer dik kan worden aangebracht op een siliciumplaatje. In een zo dun mogelijk laagje zit weinig vervuiling door andere moleculen, zodat de experimenten uitsluitend iets vertellen over de eigenschappen van zinkoxide.

Op de transistor in het experiment zijn twee contacten aangesloten, waartussen een stroom kan lopen. Tussen die contacten ligt een laagje zinkoxide. Op het zinkoxide wordt een bepaalde spanning gezet door een derde contact, onder het materiaal. Goedhart meet de spanning aan het oppervlakte van het materiaal met behulp van atoomkrachtmicroscopie (atomic force microscopy, AFM), waarbij een soort naald het atoomoppervlak verkent.

“Die spanning aan de oppervlakte zegt iets over wat er in het materiaal gebeurt”, legt de studente uit. “De contacten waar de stroom in- en uitgaat, vormen bijvoorbeeld een soort bottlenecks, weerstanden. Door over het gehele oppervlak te meten en de spanning te variëren, bekijk ik welk deel van de weerstand veroorzaakt wordt door het materiaal, en welk deel door de contacten.”

Het doen van dergelijk fundamenteel onderzoek bevalt Goedhart prima. “Ik vind het fijn te weten dat mijn onderzoek iets toevoegt”, zegt Goedhart. “Kennis over ladingstransport is bijvoorbeeld ook heel belangrijk voor het verbeteren van zonnecellen. De resultaten hebben dus op meerdere gebieden relevantie.”

Tekst: Enith Vlooswijk
Fotomontage: Rien Meulman