Forskare vid Linköpings universitet och RISE, Campus Norrköping, har visat för första gången att det är möjligt att skriva ut kompletta integrerade kretsar med mer än 100 organiska elektrokemiska transistorer. Resultatet har publicerats i Naturkommunikation .

"Detta är ett avgörande steg för en teknik som föddes vid Linköpings universitet för drygt 17 år sedan. Resultatet visar att vi återigen leder fältet, tack vare det nära samarbetet mellan grundforskning vid Laboratory of Organic Electronics, LOE, och tillämpad forskning vid RISE, säger Magnus Berggren, professor i organisk elektronik och direktör för LOE.

"Fördelen vi har här är att vi inte behöver blanda olika tillverkningsmetoder:allt görs genom screentryck, och i relativt få bearbetningssteg. Nyckeln är att se till att de olika lagren hamnar på exakt rätt plats, "säger Peter Andersson Ersman, forskare i tryckt elektronik vid forskningsinstitutet RISE.

Utskrift av elektroniska kretsar med en linjebredd på cirka 100 mikrometer ställer också höga krav på utskriftstekniken, och den tryckta elektronikforskningen har här fått hjälp av grafikindustrin. De har utvecklat skärmtrycksramar med maskor som kan skriva ut extremt fina linjer. Och många timmar av forskning behövdes för att utveckla tryckfärg med rätt egenskaper.

Många olika medel

"Forskningen har fått finansiering från många olika källor under de senaste 17 åren, ”Säger Magnus Berggren.

Dessa inkluderar Stiftelsen för strategisk forskning, Vinnova, och Knut och Alice Wallenberg Foundation, medan EU under de senaste åren har engagerat sig, genom Eureka Eurostars Prolog -projektet.

"Det första genombrottet för tryckta kretsar med screentryck kom i Prolog -projektet. Vi publicerade dessa resultat 2017, ”Säger Peter Andersson Ersman.

Minst tre ytterligare utmaningar har hanterats sedan dess:att minska kretsstorleken, öka kvaliteten så att sannolikheten för att alla transistorer i kretsen fungerar ligger så nära 100 procent som möjligt, och lösa integration med de kiselbaserade kretsarna som behövs för att bearbeta signaler och för att kommunicera med omgivningen.

"En av de stora framstegen är att vi har kunnat använda tryckta kretsar för att skapa ett gränssnitt med traditionella kiselbaserade elektroniska komponenter. Vi har utvecklat flera typer av kretsar baserade på organiska elektrokemiska transistorer. En av dessa är ett skiftregister , som kan bilda ett gränssnitt och hantera kontakten mellan den kiselbaserade kretsen och andra elektroniska komponenter som sensorer och displayer. Detta innebär att vi nu kan använda ett kiselchip med färre kontakter, som behöver ett mindre område och på detta sätt är billigare, säger Magnus Berggren.

1000 organiska transistorer på en A4

Utvecklingen av bläck för att skriva ut de tunna linjerna och förbättringar av screentryckramarna har bidragit inte bara till miniatyriseringsprocessen, men också för att uppnå högre kvalitet.

"Vi kan nu placera mer än 1000 organiska elektrokemiska transistorer på ett plastunderlag i A4-storlek, och kan ansluta dem på olika sätt för att skapa olika typer av tryckta integrerade kretsar, "säger Simone Fabiano, forskningschef inom organisk nanoelektronik i Laboratory of Organic Electronics.

Dessa storskaliga integrerade kretsar (förkortade "LSI") kan användas, till exempel, för att driva en elektrokromisk display, själv tillverkad som tryckt elektronik, eller en annan del av den elektroniska online -världen som sakernas internet ger.

Materialet som används av forskarna är polymeren PEDOT:PSS, som är det mest djupstuderade materialet i världen inom organisk elektronik.

"Detta material var kommersiellt tillgängligt för 17 år sedan, och det var ren tur att vi valde att arbeta med just detta material. Vi använder nu samma material i den integrerade kretsen som i displayen, vilket gör det möjligt att skriva ut mer effektivt. Vi har utvecklat en komplett process för utskrift av kretsar här på Printed Electronics Arena i Norrköping, säger Magnus Berggren.