Grafeentechniek verbetert de productie van ultradunne films voor flexibele elektronica

Naarmate de vraag naar dunnere, lichtere en flexibelere elektronische apparaten groeit, is de behoefte aan geavanceerde productieprocessen van cruciaal belang geworden. Polyimidefilms (PI) worden in deze toepassingen veel gebruikt vanwege hun uitstekende thermische stabiliteit en mechanische flexibiliteit. Ze zijn cruciaal voor opkomende technologieën zoals oprolbare displays, draagbare sensoren en implanteerbare fotonische apparaten.

Wanneer de dikte van deze films echter wordt teruggebracht tot minder dan 5 μm, mislukken traditionele laserlift-off (LLO) technieken vaak. Mechanische vervorming, kreukels en overgebleven resten brengen vaak de kwaliteit en functionaliteit van ultradunne apparaten in gevaar, waardoor het proces inefficiënt en kostbaar wordt.

In deze visie richtten onderzoekers zich op grafeen, een nanomateriaal dat bekend staat om zijn uitzonderlijke thermische en mechanische eigenschappen. Een onderzoeksteam van de Seoul National University of Science and Technology, onder leiding van professor Sumin Kang, heeft een nieuwe techniek ontworpen om de uitdagingen van het LLO-proces te overwinnen.

Hun innovatieve, op grafeen gebaseerde verbeterde laser lift-off (GLLO)-methode zorgt ervoor dat ultradunne beeldschermen soepel en zonder schade kunnen worden gescheiden, waardoor ze perfect zijn voor draagbare toepassingen. Hun onderzoek werd gepubliceerd in het tijdschrift Natuurcommunicatie op 27 september 2024.

In deze studie hebben ze een nieuw GLLO-proces geïntroduceerd dat een laag van door chemische dampafzetting gegroeid grafeen integreert tussen de PI-film en de glasdrager.

“De unieke eigenschappen van grafeen, zoals het vermogen om ultraviolet (UV) licht te absorberen en warmte zijdelings te verdelen, stellen ons in staat dunne substraten schoon te verwijderen, zonder rimpels of resten achter te laten”, zegt prof. Kang.

Met behulp van de GLLO-methode hebben de onderzoekers met succes 2,9 μm dikke ultradunne PI-substraten gescheiden zonder enige mechanische schade of achtergebleven koolstofresten. Bij traditionele methoden waren de substraten daarentegen gekreukeld en waren de glasdragers vanwege hardnekkige resten onbruikbaar. Deze doorbraak heeft verstrekkende gevolgen voor rekbare elektronica en draagbare apparaten.

De onderzoekers hebben het potentieel van het GLLO-proces verder gedemonstreerd door organische lichtemitterende diodes (OLED) op ultradunne PI-substraten te creëren. OLED’s verwerkt met GLLO behielden hun elektrische en mechanische prestaties en vertoonden consistente stroomdichtheid-spanning-luminantie-eigenschappen voor en na het opstijgen. Deze apparaten waren ook bestand tegen extreme vervormingen, zoals vouwen en draaien, zonder functionele verslechtering.

Bovendien werden de koolstofhoudende resten op de glasdrager met 92,8% verminderd, waardoor hergebruik ervan mogelijk werd. Deze bevindingen benadrukken GLLO als een veelbelovende methode voor het vervaardigen van ultradunne en flexibele elektronica met verbeterde efficiëntie en lagere kosten.

“Onze methode brengt ons dichter bij een toekomst waarin elektronische apparaten niet alleen flexibel zijn, maar naadloos geïntegreerd worden in onze kleding en zelfs onze huid, waardoor zowel het comfort als de functionaliteit worden verbeterd”, zegt prof. Kang. Met behulp van deze methode kunnen eenvoudig flexibele apparaten worden ontworpen die realtime monitoring bieden, smartphones die kunnen worden opgerold of fitnesstrackers die meebewegen en strekken met uw bewegingen.

In de toekomst is het onderzoeksteam van plan het proces verder te optimaliseren, waarbij de nadruk ligt op volledige eliminatie van residuen en verbeterde schaalbaarheid. Met zijn potentieel om een ​​revolutie teweeg te brengen in de elektronica-industrie, markeert het GLLO-proces een belangrijke stap in de richting van een toekomst waarin ultradunne, flexibele en krachtige apparaten haalbare opties worden voor dagelijks gebruik.