Store integrerede kredsløb produceret i trykpresse

Forskere ved Linköpings universitet og RISE, Campus Norrköping, har vist for første gang, at det er muligt at udskrive komplette integrerede kredsløb med mere end 100 organiske elektrokemiske transistorer. Resultatet er blevet offentliggjort i Naturkommunikation .

"Dette er et afgørende skridt for en teknologi, der blev født på Linköpings universitet for godt 17 år siden. Resultatet viser, at vi igen leder feltet, takket være det tætte samarbejde mellem grundforskning på Laboratory of Organic Electronics, LOE, og anvendt forskning på RISE, ”siger Magnus Berggren, professor i organisk elektronik og direktør for LOE.

"Fordelen, vi har her, er, at vi ikke behøver at blande forskellige fremstillingsmetoder:alt udføres ved at udskrive, og i relativt få behandlingstrin. Nøglen er at sikre, at de forskellige lag ender på det helt rigtige sted, "siger Peter Andersson Ersman, forsker i trykt elektronik ved RISE forskningsinstitut.

Udskrivning af elektroniske kredsløb med en linjebredde på cirka 100 mikrometer stiller også høje krav til printteknologien, og den trykte elektronikforskning er her blevet hjulpet af grafikindustrien. De har udviklet silketrykrammer med masker, der kan udskrive ekstremt fine linjer. Og mange timers forskning var nødvendig for at udvikle trykfarver med de rigtige egenskaber.

Mange forskellige midler

"Forskningen har modtaget finansiering fra mange forskellige kilder i løbet af de sidste 17 år, ”Siger Magnus Berggren.

Disse omfatter det svenske fond for strategisk forskning, Vinnova, og Knut og Alice Wallenberg Fonden, mens EU i de senere år er blevet involveret, gennem Eureka Eurostars Prolog -projektet.

"Det første gennembrud for trykte kredsløb ved hjælp af silketryk kom i Prolog -projektet. Vi offentliggjorde disse resultater i 2017, ”Siger Peter Andersson Ersman.

Mindst tre yderligere udfordringer er blevet behandlet siden da:reducering af kredsløbets størrelse, øge kvaliteten, så sandsynligheden for at alle transistorer i kredsløbet fungerer ligger så tæt på 100 procent som muligt, og løsning af integration med de siliciumbaserede kredsløb, der er nødvendige for at behandle signaler og kommunikere med omgivelserne.

"En af de store fremskridt er, at vi har været i stand til at bruge trykte kredsløb til at skabe en grænseflade med traditionelle siliciumbaserede elektroniske komponenter. Vi har udviklet flere typer trykte kredsløb baseret på organiske elektrokemiske transistorer. En af disse er et skiftregister , som kan danne en grænseflade og håndtere kontakten mellem det siliciumbaserede kredsløb og andre elektroniske komponenter såsom sensorer og displays. Det betyder, at vi nu kan bruge en siliciumchip med færre kontakter, som har brug for et mindre område og på denne måde er billigere, ”siger Magnus Berggren.

1000 organiske transistorer på en A4

Udviklingen af ​​blæk til at udskrive de tynde linjer og forbedringer af skærmprintrammerne har ikke kun bidraget til miniaturiseringsprocessen, men også for at opnå højere kvalitet.

"Vi kan nu placere mere end 1000 organiske elektrokemiske transistorer på et plastunderlag i A4-størrelse, og kan forbinde dem på forskellige måder for at oprette forskellige typer af trykte integrerede kredsløb, "siger Simone Fabiano, forskningschef i organisk nanoelektronik i Laboratory of Organic Electronics.

Disse store integrerede kredsløb (forkortet "LSI") kan bruges, for eksempel, til at drive et elektrokromisk display, selv fremstillet som trykt elektronik, eller en anden del af online elektronisk verden, som tingenes internet bringer.

Det materiale, forskerne bruger, er polymeren PEDOT:PSS, som er det mest dybt studerede materiale i verden inden for organisk elektronik.

"Dette materiale var kommercielt tilgængeligt for 17 år siden, og det var rent held, at vi valgte at arbejde med netop dette materiale. Vi bruger nu det samme materiale i det integrerede kredsløb som i displayet, hvilket gør det muligt at udskrive mere effektivt. Vi har udviklet en komplet proces til udskrivning af kredsløb her på Printed Electronics Arena i Norrköping, ”siger Magnus Berggren.