Universele driedimensionale crosslinker voor elektronica met fotopatronen

Een onderzoeksteam, verbonden aan het Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) in Zuid-Korea, is erin geslaagd om sterk geïntegreerde arrays van PTFT’s en logische poorten te fabriceren via all-solution processing.

Er is een technologie ontwikkeld om de productiekosten van elektronische apparaten te verlagen, zoals OLED’s met een groot oppervlak die grote tv’s maken. In plaats van dure vacuümapparatuur, gebruikt deze techniek een reeks oplossingsprocessen voor de productie van elektronische apparaten.

Een onderzoeksteam, gezamenlijk geleid door professor BongSoo Kim van de School of Natural Science, professor Jeong Ho Cho van Yonsei University, professor Moon Sung Kang van Sogang University, is erin geslaagd om sterk geïntegreerde arrays van polymere dunne filmtransistors en logische poorten te fabriceren, volledig via verwerkingstechniek voor alle oplossingen. De sleutel tot deze techniek is dat het een zeer efficiënt verknopingsmiddel gebruikt dat geen verslechtering van de elektrische eigenschappen van de gastheermaterialen veroorzaakt.

Oplossingsverwerkingstechniek verwijst naar een fabricagemethode waarbij de materialen worden opgelost in een verscheidenheid aan oplosmiddelen en vervolgens kunnen worden gecoat door spincoating voor experimenten op laboratoriumformaat of inkjetprinten. Een dergelijke techniek is minder duur dan vacuümapparatuur, maar het nadeel is dat er kans is op materiële schade. In het algemeen vereist het fabricageproces van elektronische apparaten het stapelen van verschillende lagen elektronische componenten. En dit kan het risico op materiële schade vergroten, vooral wanneer de lagen op elkaar worden gestapeld door middel van een reeks oplossingsverwerkingsstappen. Bovendien kan de warmte die wordt geproduceerd door het verwijderen van oplosmiddelen, de denaturatie van de gastheermaterialen induceren, wat een groot obstakel is bij het realiseren van volledig in oplossingen verwerkte elektronische apparaten.

Het onderzoeksteam loste dergelijke problemen op met behulp van een driedimensionale crosslinker in tetraëdrische geometrie die vier fotoverknoopbare azidegroepen bevat, ook wel 4Bx genoemd. Dit verknopingsmiddel verbindt de verschillende soorten elektronische materialen (dwz polymere halfgeleiders, polymeerisolatoren en metalen nanodeeltjes) en houdt ze zo stevig bij elkaar, als een brug. Omdat de verknoopte elektronische componentenlagen sterk bestand zijn tegen chemische oplosmiddelen, is het mogelijk om de lagen met een hoge resolutie te micropatronen en de lagen op elkaar te stapelen door middel van een reeks oplossingsverwerkingsstappen.

“Verknopingsmiddelen zijn elektrisch niet geleidend, en daarom leidt de toevoeging van een grote hoeveelheid van een verknopingsmiddel tot een morfologische verandering in de film en verslechtering van de elektrische en opto-elektronische eigenschappen van het materiaal”, zegt professor Kim. “De nieuwe crosslinker kan echter worden toegepast op het patroonvormingsproces van verschillende oplossingsverwerkbare materialen met gebruik van een zeer lage hoeveelheid is dus zeer wenselijk. Met een zeer kleine hoeveelheid van 4Bx is het onderzoeksteam erin geslaagd sterk geïntegreerde reeksen van polymere dunne-filmtransistors (PTFT’s) en logische schakelingen via verwerking in alle oplossingen. De resultaten tonen aan dat de PTFT’s op basis van fotoverknoopte polymeerfilms gelijkwaardige prestaties en betere stabiliteit vertonen in vergelijking met die welke zijn vervaardigd met behulp van polymeerfilms zonder de crosslinker. demonstreert een effectieve route naar volledig in oplossingen verwerkte organische elektronische apparaten op basis van een enkel fabricageprotocol, “zegt professor Kim.

De bevindingen van dit onderzoek zijn gepubliceerd in de online versie van Nature Communications.