Полностью струйный

May 24, 2023

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 10887 (2022) Цитировать эту статью

1671 Доступов

2 Альтметрика

Подробности о метриках

По сравнению с традиционными методами вакуумной обработки струйная печать позволяет масштабировать производство основных электронных элементов, таких как транзисторы и диоды. Мы представляем полностью напечатанные на струйной печати гибкие электронные схемы, включая органический инвертор напряжения, который может работать как логический элемент НЕ. С этой целью были разработаны специальные составы чернил для приготовления диэлектрического слоя затвора, содержащего поли(4-винилфенол), и полупроводникового слоя поли[2,5-(2-октилдодецил)-3,6-дикетопирролопиррол-альт-5,5. -(2,5-ди(тиен-2-ил)тиено[3,2-b]тиофен)]. В качестве активного слоя резисторов использовался печатный фотоокисленный поли(3-гексилтиофен) полупроводник. Работа печатных инверторов и логических элементов НЕ анализировалась на основе вольт-амперных характеристик устройств постоянного тока. Также была проверена устойчивость устройств к атмосферному воздуху. Неинкапсулированные образцы хранят в течение трех лет в условиях окружающей среды. Последующий отжиг для удаления влаги показал неизменные электрические параметры по сравнению со свеженапечатанными образцами.

Струйная печать — один из наиболее перспективных методов производства органических электронных устройств. Поскольку напечатанный рисунок можно легко изменить, этот метод идеально подходит для разработки прототипов и небольших электронных устройств собственного производства. Подобно 3D-принтерам, струйные принтеры можно использовать для производства органической электроники в промышленных масштабах, а также дома и в мастерских для подготовки небольших электронных проектов. Струйная печать не требует высоких температур, вакуума, литографии или других дорогостоящих субтрактивных методов1. Кроме того, электронные элементы можно изготавливать на гибкой прозрачной фольге2,3. Однако сначала необходимо оптимизировать формулу чернил и параметры печати4,5,6.

Органические тонкопленочные транзисторы с полностью струйной печатью (OTFT) производятся уже много лет7,8,9,10,11,12. Обычно электрические параметры печатных OTFT хуже, чем у транзисторов, изготовленных традиционными методами. Однако основная проблема долгосрочной стабильности во времени остается нерешенной13,14. Это связано с тем, что струйная печать обеспечивает меньший контроль над морфологией и сложностью материала пленки15. Эти проблемы должны быть решены в лаборатории, прежде чем коммерциализация и практическое внедрение струйной печати смогут начаться в промышленных и домашних условиях. Печать более сложных электронных устройств требует очень точных исследований процесса печати слоев на поверхности ранее напечатанных слоев5,16,17.

Одним из простейших электронных элементов, который может выполнять полезную логическую функцию, является инвертор напряжения, работающий как логический вентиль НЕ. Полностью струйные печатные логические элементы могут быть изготовлены в двух конфигурациях: в схемах с комплементарной парой транзисторов p-типа и n-типа, работающих одновременно18, или в униполярной конфигурации, где один транзистор и один резистор работают в одном инверторе напряжения. Транзистор с закороченными затвором и истоком часто используется в качестве резистора19,20. В большинстве предыдущих исследований печатных логических вентилей печать использовалась для нанесения только одного слоя или нескольких слоев — например, электродов и полупроводников. Другие слои, например диэлектрик, наносились другими методами. Полупроводниковый слой обычно печатается коммерчески доступными чернилами на основе органических полупроводников или углеродных нанотрубок18,21,22. Полностью струйные печатные устройства по-прежнему встречаются редко, и одна из ключевых причин заключается в том, что технология струйной печати еще недостаточно освоена. В литературе сравнительно мало сообщений о вентилях НЕ, в которых все компоненты, такие как электроды, токопроводящие пути, диэлектрические и полупроводниковые слои, были полностью изготовлены с использованием технологии струйной печати. Полностью печатные логические элементы со слоями полупроводников, нанесенными на подложку методом струйной печати раствором TIPS-пентацена, описаны в работах18,23. Резисторы в логических элементах были получены путем соединения затвора и истоковых электродов транзисторов. Для правильной работы таких логических элементов их сопротивление должно быть намного выше сопротивления канала во включенном состоянии и намного ниже сопротивления транзистора в закрытом состоянии. Некоторые отчеты показывают, что печать резисторов с высоким сопротивлением затруднена. Юнг и др.24 описали свойства резисторов, изготовленных методом струйной печати с использованием смеси поли(3,4-этилен-1,4-диокситиофена) и сульфированного полистирола под названием PEDOT:PSS. Резисторы были напечатаны в виде линии PEDOT:PSS, соединяющей два серебряных электрода. Этого удалось достичь за счет снижения концентрации полимера и увеличения расстояния между каплями в печатном слое (малой толщины). Печать нескольких слоев друг над другом позволила немного уменьшить сопротивление результирующего резистора. Эти стратегии позволили настроить его сопротивление в соответствии с требованиями.