Dannelse af organiske tyndfilmstransistorer gennem stuetemperaturudskrivning

Japanske forskere har etableret en proces til dannelse af organiske tyndfilmstransistorer (TFT'er), udførelse af hele trykprocessen ved stuetemperatur under omgivende atmosfæriske forhold.

Trykt elektronik, det område, hvor elektroniske enheder fremstilles ved at trykke funktionelle materialer i blækform uden behov for stort og dyrt produktionsudstyr, har i de senere år vakt opmærksomhed som en ny teknologi til lavpris, stort område fremstilling af halvlederenheder. Ved at bruge plastik og andre fleksible underlag, teknologien forventes at åbne veje for masseproduktion af enheder ved roll-to-roll-behandling eller for nye applikationer såsom bærbare enheder. Imidlertid, konventionel trykt elektronik kræver mange højtemperaturprocesser fra 100 til 200°C. Fordi plastsubstrater såsom PET-film generelt har lav varmebestandighed, der har været opfordringer til udvikling af en lavtemperaturtrykproces, der ikke involverer højtemperaturprocesser, og som er anvendelig til en bred vifte af materialer. Imidlertid, en sådan proces er ikke blevet realiseret til dato.

I denne forskning, holdet etablerede "rumtemperaturtrykt elektronik", hvormed elektroniske enheder kan fremstilles ved at udføre alle printprocesser ved stuetemperatur under omgivende atmosfæriske forhold, uden at hæve temperaturen med endnu 1°C. Konventionel trykt elektronik har hovedsageligt krævet højtemperaturprocesser for at sintre metal nanopartikelblæk, der skal bruges som elektroder. Da konventionelle metalnanopartikler har brugt isoleringsmaterialer som ligander til at sprede nanopartiklerne i blækket, nanopartiklerne har skullet sintres for at opnå en ledende metalfilm.

I denne forskning, holdet lykkedes med at danne en metalfilm uden efterbelægningssintring, ved at bruge ledende aromatiske molekyler som ligander af metalnanopartikler. Den opnåede tynde film har opnået en resistivitet på 9 × 10-6 Ω cm. Ud over, ved at danne mikroskopiske hydrofile/hydrofobe mønstre på overfladen, holdet mønstrede omgivende ledende metalnanopartikler og organiske halvledere ved en stuetemperaturproces, og lavede organiske tyndfilmstransistorer ved at danne alle source- og drænelektroderne, organiske halvledere og gate-elektroder ved stuetemperaturudskrivning. Organiske TFT'er dannet på henholdsvis et plastsubstrat og et papirsubstrat indikerede en gennemsnitlig mobilitet på 7,9 og 2,5 cm2V-1 s-1. Denne værdi overstiger langt den gennemsnitlige mobilitet for amorfe silicium-TFT'er ved 0,5 cm2 V-1s-1 og svarer næsten til mobiliteten af ​​masseproducerede IGZO TFT'er (op til 10 cm2 V-1 s-1).

Ved fremstilling af skærme, osv. ved trykt elektronik, kredsløb skal udskrives på fleksible substrater med en positionsnøjagtighed større end flere mikrometer. Fleksible plast- og papirsubstrater, som er svage mod varme, blev deformeret eller forvrænget under de konventionelle behandlingstemperaturer, fører til kompromitteret nøjagtighed. Ved at udføre alle fremstillingsprocesser ved stuetemperatur, det vil være muligt fuldstændigt at kontrollere varmedeformationen af ​​substrater og at printe mikrokredsløb med høj nøjagtighed. Desuden, produktionsprocesserne ved stuetemperatur under omgivende atmosfæriske forhold ville, i princippet, muliggør produktion af elektroniske enheder på overfladen af ​​materialer, der er ekstremt svage over for miljøændringer, såsom biomaterialer. Denne præstation forventes at føre til anvendelser inden for forskellige områder, herunder sundhedspleje og bioelektronik.

Disse forskningsresultater vil blive offentliggjort i tidsskriftet Avancerede funktionelle materialer , i den nærmeste fremtid.