Ett forskarlag, anslutna till Sydkoreas Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) har lyckats tillverka högt integrerade arrayer av PTFT:er och logiska grindar via all-solution processing.

En teknik för att sänka produktionskostnaden för elektroniska enheter, såsom stora OLED-apparater som gör stora TV-apparater har utvecklats. Istället för dyr vakuumutrustning, denna teknik använder en rad lösningsprocesser för produktion av elektroniska enheter.

Ett forskarlag, gemensamt ledd av professor BongSoo Kim vid School of Natural Science, Professor Jeong Ho Cho från Yonsei University, Professor Moon Sung Kang från Sogang University har lyckats tillverka högintegrerade arrayer av polymertunnfilmstransistorer och logiska grindar helt och hållet via bearbetningsteknik med alla lösningar. Nyckeln till denna teknik är att den använder ett mycket effektivt tvärbindningsmedel som inte ger försämring av värdmaterialens elektriska egenskaper.

Lösningsbearbetningsteknik hänvisar till en tillverkningsmetod där materialen löses i en mängd olika lösningsmedel, och sedan kan de beläggas med spinnbeläggning för experiment i laboratoriestorlek eller bläckstråleutskrift. Sådan teknik är billigare än vakuumutrustning, men nackdelen är att det finns risk för materiella skador. I allmänhet, tillverkningsprocessen av elektroniska enheter kräver stapling av olika elektroniska komponentlager. Och detta kan öka risken för materiella skador, speciellt när skikten staplas ovanpå varandra genom serier av lösningsbearbetningssteg. Förutom, värmen som produceras från att avlägsna lösningsmedel kan inducera denaturering av värdmaterialen, vilket är ett stort hinder för att förverkliga elektroniska enheter som bearbetas helt och hållet.

Forskargruppen löste sådana problem, med användning av en tredimensionell tvärbindare i tetraedrisk geometri innehållande fyra fototvärbindningsbara azidgrupper, kallas 4Bx. Detta tvärbindningsmedel länkar de olika typerna av elektroniskt material (dvs. polymer halvledare, polymer isolatorer, och nanopartiklar av metall), och därmed hålla dem stadigt samman, som en bro. Eftersom de tvärbundna elektroniska komponentskikten är starkt resistenta mot kemiska lösningsmedel, mikromönster av skikten med hög upplösning såväl som att stapla skikten ovanpå varandra genom serier av lösningsbearbetningssteg är möjligt.

"Tvärbindningsmedel är elektriskt icke-ledande, och därför leder tillsatsen av en stor mängd av ett tvärbindningsmedel till en morfologisk förändring i filmen och försämring av materialets elektriska och optoelektroniska egenskaper, " säger professor Kim. "Men, det nya tvärbindningsmedlet kan appliceras på mönstringsprocessen av olika lösningsbearbetbara material med användning av en mycket låg mängd är därför mycket önskvärt. Med en mycket liten mängd 4Bx, forskargruppen har lyckats tillverka högintegrerade arrayer av polymertunnfilmstransistorer (PTFT) och logiska kretsar via bearbetning av alla lösningar. Resultaten visar att PTFT baserade på fototvärbundna polymerfilmer visar motsvarande prestanda och bättre stabilitet jämfört med de som framställts med polymerfilmer utan tvärbindare. "Övergripande, detta arbete visar en effektiv väg till helt lösningsbearbetade organiska elektroniska enheter baserade på ett enda tillverkningsprotokoll, säger professor Kim.

Resultaten av denna forskning har publicerats i onlineversionen av Naturkommunikation .