Højpræcisionsstyring af trykt elektronik

Trykte elektroniske transistorkredsløb og displays, hvor farven på individuelle pixels kan ændres, er to af mange anvendelser af banebrydende forskning ved Laboratory of Organic Electronics, Linköpings Universitet. Nye banebrydende resultater om disse emner er blevet offentliggjort i det prestigefyldte videnskabelige tidsskrift Videnskabens fremskridt .

Forskerne i organisk elektronik har et yndlingsmateriale at arbejde med:den ledende polymer PEDOT:PSS, som leder både elektroner og ioner. Skærme og transistorer fremstillet af denne polymer har mange fordele, som omfatter, at de er enkle og billige at fremstille, og selve materialet er ikke-farligt. Det har, imidlertid, været vanskeligt at skabe enheder, der skifter hurtigt ved en bestemt spænding, kendt som "tærskelspændingen". Dette giver, at det har, indtil nu, været vanskeligt at kontrollere transistorernes aktuelle tilstand eller farvetilstanden på skærmene på en præcis måde.

"Manglen på enhver tærskel i redox-switching-egenskaberne for PEDOT:PSS hæmmer bistabilitet og opretning, egenskaber, der ville tillade passiv matrixadressering i display- eller hukommelsesfunktionalitet" siger Simone Fabiano, lektor ved Laboratoriet for Økologisk Elektronik, LOE, hvem er hovedforfatter til artiklen i Science Advances, sammen med Negar Sani fra forskningsinstituttet RISE Acreo.

For mere end fem år siden opstod en vild idé på Laboratoriet for Organisk Elektronik:kunne du løse dette problem ved at kombinere elektrokemi med ferroelektricitet? Ferroelektriske materialer består af dipoler. Den ene ende af en dipol har en positiv ladning og den anden en negativ ladning, og disse "ferroelektriske" dipoler roterer, når de udsættes for et elektrisk felt ud over en specifik tærskel.

Laboratorieleder professor Magnus Berggren kunne ikke lade denne idé hvile, og da han i december 2012 fik tildelt et forskningslegat fra Knut og Alice Wallenberg Fonden til frit at bruge, dette var et af de højrisikoprojekter, han valgte at investere i.

"Vi kaldte forskningen derefter halsbrækkende forskning, og her er et resultat. Vores demonstration beviser, at virkelig førende forskning typisk tager lang tid og kræver stor tålmodighed. Simone Fabiano har gjort et enormt arbejde her, og nægtede at give op, når andre har tvivlet, siger Magnus Berggren.

Efter mange års ihærdige eksperimenter, Simone Fabiano og hans kolleger ved Laboratory of Organic Electronics har formået at påføre et tyndt lag af et ferroelektrisk materiale på en elektrode i organiske elektrokemiske enheder og kredsløb.

"Lagets tykkelse bestemmer den spænding, som kredsløbet skifter til, eller displayet skifter farve ved. Transistorer er ikke længere nødvendige i skærmene:vi kan styre dem pixel-for-pixel blot gennem et tyndt ferroelektrisk lag på elektroden, siger Simone Fabiano.

LOE-forskergruppen viser i artiklen, at "ferroelektrokemi", kombinationen af ​​ferroelektricitet og elektrokemi, kan bruges i displays inden for trykt elektronik og i organiske transistorer. Forskerne forestiller sig, imidlertid, mange andre anvendelsesområder.

"Ferroelektrokemiske komponenter kan nemt integreres i hukommelsesmatricer og i bioelektroniske applikationer, bare for at give et par eksempler, siger Simone Fabiano.

Teknologien er nu beskyttet af patenter.

"Ferroelektrokemiområdet eksisterer faktisk ikke, men vi har opnået succes ved at bruge denne kombination, " slutter Magnus Berggren.