Japanska forskare har etablerat en process för att bilda organiska tunnfilmstransistorer (TFT), utföra hela tryckprocessen vid rumstemperatur under omgivande atmosfäriska förhållanden.

Tryckt elektronik, det område där elektroniska enheter produceras genom att trycka funktionsmaterial i bläckform utan behov av stor och dyr tillverkningsutrustning, har uppmärksammats de senaste åren som en ny teknik för låga kostnader, storarea tillverkning av halvledarenheter. Genom att använda plast och andra flexibla substrat, Tekniken förväntas öppna vägar för massproduktion av enheter genom rull-till-rulle-bearbetning eller för nya applikationer såsom bärbara enheter. Dock, konventionell tryckt elektronik kräver många högtemperaturprocesser från 100 till 200°C. Eftersom plastsubstrat som PET-film i allmänhet har låg värmebeständighet, det har funnits krav på utveckling av en lågtemperaturtryckningsprocess som inte innefattar några högtemperaturprocesser och som är tillämpbar på ett brett spektrum av material. Dock, en sådan process har inte genomförts hittills.

I denna forskning, teamet etablerade "rumstemperaturtryckt elektronik" genom vilken elektronikenheter kan tillverkas genom att utföra alla utskriftsprocesser vid rumstemperatur under omgivande atmosfäriska förhållanden, utan att höja temperaturen med ens 1°C. Konventionell tryckt elektronik har huvudsakligen krävt högtemperaturprocesser för att sintra metall nanopartikelbläck som ska användas som elektroder. Eftersom konventionella metallnanopartiklar har använt isoleringsmaterial som ligander för att sprida nanopartiklarna i bläcket, nanopartiklarna har behövt sintras för att få en ledande metallfilm.

I denna forskning, teamet lyckades bilda en metallfilm utan efterbeläggningssintring, genom att använda ledande aromatiska molekyler som ligander av metallnanopartiklar. Den erhållna tunna filmen har uppnått en resistivitet på 9 × 10-6 Ω cm. Dessutom, genom att bilda mikroskopiska hydrofila/hydrofoba mönster på ytan, teamet mönstrade omgivande ledande metallnanopartiklar och organiska halvledare genom en rumstemperaturprocess, och tillverkade organiska tunnfilmstransistorer genom att bilda alla käll- och dräneringselektroder, organiska halvledare och grindelektroder genom rumstemperaturutskrift. Organiska TFT bildade på ett plastsubstrat respektive ett papperssubstrat indikerade en genomsnittlig rörlighet på 7,9 och 2,5 cm2V-1 s-1. Detta värde överstiger vida den genomsnittliga rörligheten för amorfa kisel-TFT:er vid 0,5 cm2 V-1s-1 och matchar nästan rörligheten hos masstillverkade IGZO TFT:er (upp till 10 cm2 V-1 s-1).

Vid tillverkning av bildskärmar, etc. av tryckt elektronik, kretsar måste skrivas ut på flexibla substrat med en positionsnoggrannhet som är större än flera mikrometer. Flexibla plast- och papperssubstrat, som är svaga mot värme, blev deformerad eller förvrängd under de konventionella bearbetningstemperaturerna, leder till försämrad noggrannhet. Genom att utföra alla tillverkningsprocesser vid rumstemperatur, det kommer att vara möjligt att helt kontrollera värmedeformationen av substrat och att skriva ut mikrokretsar med hög noggrannhet. Vidare, produktionsprocesserna vid rumstemperatur under omgivande atmosfäriska förhållanden skulle, i princip, möjliggör produktion av elektroniska enheter på ytan av material som är extremt svaga mot miljöförändringar, såsom biomaterial. Denna prestation förväntas leda till tillämpningar inom olika områden, inklusive hälsovård och bioelektronik.

Dessa forskningsresultat kommer att publiceras i tidskriften Avancerade funktionella material , Inom en snar framtid.