Samsung заявил о прогрессе в печатной электронике

Компания Samsung и ее партнеры из исследовательских университетов заявили о преодолении двух основных препятствий к производству крупной печатной электроники на пластиковой подложке. Речь идет о создании органического полупроводникового материала n-типа и разработке метода формирования рисунков для раздельного производства каналов транзисторов с разными размерами.

Решение обоих проблем, заключающееся в использовании самостоятельно выравнивающихся каналов транзистора, было представлено Институтом Передовых Технологий Samsung, Стенфордским университетом и Университетом Сунгкьюнкван. Исследователи утверждают, что их технология может использоваться во всех сферах применения пластиковой печатной электроники, включая крупные дисплеи, массивы датчиков, умные товарные знаки, гибкие солнечные панели и электронную бумагу.

«Мы исследовали случаи как с единичными, так и с несколькими проводниками, связывающими сток и исток транзистора» - сказал Женан Бао, руководитель исследовательской команды и профессор Стэнфордского Университета. «Мы исследовали единичные проводники на предмет подвижности носителей зарядов в них, которая, как оказалось, превышает показатели любого известного органического транзистора n-типа»    

Наибольшим препятствием к широкому освоению печатной электроники стало отсутствием согласованности между транзисторами разных типов, которая необходима для построения комплементарных энергосберегающих цепей – своего рода аналогов КМОП-микросхем. Транзисторы p-типа относительно легки в производстве при помощи органических чернил, но транзисторы n-типа до этого момента обладали существенно более низкую производительность, чем у транзисторов p-типа, что делало использование аналогов КМОП-микросхем непрактичным.

Согласно исследователям, решением стало использование органического производного перилена-диимида для изготовления чистого, кристаллического единичного канала транзистора, производительность которого сравнима с каналом из аморфного кремния. Каналы изготавливались осаждением из раствора проводников толщиной в 1 микрон и длиной в 100 микрон. Затем они параллельно выравнивались над изготовленными заранее электродами, выполняющими роль стока и истока.

«Длина проводников составляла 100 микрон и более, но их диаметр колебался от 10 нм до нескольких микрон» - сказал Бао. «Наилучшей производительности мы добились от проводников длиной 100 микрон и толщиной один микрон»

Самой сложной частью создания тонкопленочных транзисторов из осадка растворов является точное выравнивание проводника по электродам. Для этого команда воспользовалась комбинацией жидкостной динамики и методов фильтрации жидкостей, благодаря которым тонкие слои проводников из диимида перилена точно накладывались на правильные электроды. Затем уже готовые транзисторы были положены на гибкую полимерную подложку. В результате получалась микросхема с производительностью не хуже микросхемы из аморфного кремния, но которая была произведена при атмосферном давлении и комнатной температуре.

«Самым важным в этом исследовании является то, что мы продемонстрировали новый, жидкостный метод перенесения проводников из жидкой суспензии на изготовленные заранее на гибкой подложке электроды. Этот метод позволяет создание высокопроизводительных и устойчивых к воздуху транзисторов n-типа»

В маске были проделаны отверстия, через которые проводники наносились на электроны. Всасывание обеспечивало течение суспензии, содержащей материал для проводников, через дырки в маске к соответствующим электродам. Таким образом, проводники самостоятельно выравнивались между истоком и стоком. После снятия маски, законченная транзисторная цепь перемещается на полимерную подложку.

«Мы назвали наш метод «фильтрация и перемещение» - сказал Бао. «В то время, как мы отфильтровываем жидкость, всасывание выстраивает проводники так, будто бы они протекают через маску»

В дальнейшем ученые хотят сделать более крупные платы, а затем продемонстрировать соединение сложных цепей, состоящих как из органических материалов, так и из кремния.