Регистрация / Вход
Прислать материал

Гибкие органические полевые транзисторы на основе печатных технологий

ФИО: Труль А.А.

Направление: Современные материалы и технологии их создания (У.М.Н.И.К.)

Научный руководитель: д.х.н., чл.-корр. РАН Пономаренко С.А., с.н.с., к.х.н. Агина Е.В.

Институт: Институт синтетических полимерных материалов им. Н.С. Ениколопова РАН

Кафедра: Лаборатория Функциональных материалов для органической электроники и фотоники

Академическая группа: младший научный сотрудник

В основе современной кремниевой электроники лежит полевой транзистор. Однако технологии очистки кремния и последующего создания устройств являются дорогостоящими, что в конечном итоге делает высокой стоимость конечного продукта. Для создания дешевых электронных устройств было предложено использовать органические полупроводники и изоляторы, что позволит заменить дорогостоящие процессы, использующиеся при производстве кремниевой электроники (например, литографию), на более дешевые печатные технологии. Более того, использование органических соединений, а также полимерных подложек позволит в перспективе создать гибкие и/или растяжимые устройства, что значительно расширит их применение. К настоящему моменту известно большое количество органических полупроводников, но лишь немногие из них совмещают нужные электрические свойства, стабильность в воздушной атмосфере и хорошую растворимость, обеспечивающую возможность применения печатных методов. На разработку дешевой технологии производства транзисторов на основе таких веществ направлен настоящий проект. Цель проекта – разработка технологий печати 2D наноматериалов – органических полупроводников и изоляторов на гибких подложках и изготовление органических полевых транзисторов (ОПТ) на их основе.

Разрабатываемое устройство представляет собой транзистор с нижним затвором и верхними контактами. Затвор и контакты разделены слоем диэлектрика. Между контактами (стоком и истоком) находится полупроводник (рисунок 1).

Рисунок 1 – Структура разрабатываемого устройства.

В качестве гибкой подложки используется полиэтиленнафталат (ПЭН) размерами 2×2 см. Затвор формируется посредством печати серебряных наночернил. Для усиления адгезии и улучшения печатаемости перед печатью чернил на ПЭН наносится модифицирующий самоорганизующийся слой (подана заявка на международный патент). Поверх затвора наносят слой диэлектрика, затем печатают контакты сток и исток, используя серебряные наночернила. Между контактами наносится слой полупроводника. В рамках настоящего проекта будут подобраны как оптимальная химическая структура диэлектрика и полупроводника, так и условия нанесения функциональных слоев, такие как способ печати, композиции чернил, условия пост-обработки и др.

Новизна решений заключается в разработке методик 2D печати тонких слоев органических полупроводников и изоляторов для создания устройств (ОПТ) на основе термически и термоокислительно стабильных химических соединений с применением исключительно печатных методов. При этом конечные устройства должны демонстрировать необходимые электрические характеристики, такие как большая подвижность носителей заряда, высокое соотношение токов включения и выключения, низкое энергопотребление, высокую скорость переключения, термическую и термоокислительную стабильность. В качестве активного полупроводникового слоя транзистора предполагается использовать химически инертные кремнийорганические производные бензотиенобитиофена, которые демонстрируют наилучшие свойства в транзисторах среди растворимых органических соединений.

В последнее время вышло много научных работ и патентов, посвященных гибким органическим транзисторам, при сборке которых использовались печатные методы. Минусом представленных на сегодняшний день устройств является то, что при их создании кроме печатных технологий используются методы, которые трудно масштабировать для промышленного применения в силу их дороговизны или нетехнологичности (например, метод вращающейся подложки). Более того, электрические характеристики получаемых устройств зачастую таковы, что использовать данный транзистор на практике не представляется возможным (например, очень низкие соотношения токов включения-выключения).

Планируется подача патента на созданное гибкое устройство, включая структуру устройства, способ его формирования и используемые материалы для его создания.

Разрабатываемые органические полевые транзисторы являются основой гибких и дешевых электронных логических устройств со сверхнизким энергопотреблением, например, гибких, дешевых и универсальных меток радио идентификации (RFID). Дешевизна, гибкость и небольшие размеры позволят использовать данные метки в новых областях применения, таких как «умные» упаковки для продуктов питания, «умная» одежда.