Nanopartículas metálicas conductoras ambientales y un transistor orgánico creado en esta investigación:(a) Esquema y una micrografía electrónica de barrido de nanopartículas metálicas conductoras ambientales. Con el uso de ligandos aromáticos conductores, las nanopartículas exhiben una conductividad similar a la del metal por secado a temperatura ambiente. (b) Esquema de un TFT orgánico formado por un proceso de impresión a temperatura ambiente. Dado que todas las capas de TFT se pueden formar sin aumentar la temperatura ni siquiera en 1 ° C, Los materiales no resistentes al calor también se pueden utilizar como sustratos. También exhibe una movilidad extremadamente alta en comparación con los TFT orgánicos convencionales. Crédito:Instituto Nacional de Ciencia de Materiales
Los investigadores japoneses han establecido un proceso para formar transistores orgánicos de película delgada (TFT), realizar todo el proceso de impresión a temperatura ambiente en condiciones atmosféricas ambientales.
Electrónica impresa, el campo en el que los dispositivos electrónicos se producen mediante la impresión de materiales funcionales en forma de tinta sin la necesidad de equipos de fabricación grandes y costosos, ha llamado la atención en los últimos años como una nueva tecnología de bajo costo, Fabricación de dispositivos semiconductores de gran superficie. Al utilizar plástico y otros sustratos flexibles, Se espera que la tecnología abra caminos para la producción masiva de dispositivos mediante el procesamiento de rollo a rollo o para nuevas aplicaciones, como dispositivos portátiles. Sin embargo, La electrónica impresa convencional requiere muchos procesos de alta temperatura que oscilan entre 100 y 200 ° C. Debido a que los sustratos plásticos como la película de PET generalmente tienen baja resistencia al calor, se ha pedido el desarrollo de un proceso de impresión a baja temperatura que no implique procesos de alta temperatura y que sea aplicable a una amplia gama de materiales. Sin embargo, tal proceso no se ha realizado hasta la fecha.
En esta investigación, el equipo estableció una "electrónica impresa a temperatura ambiente" mediante la cual se pueden fabricar dispositivos electrónicos mediante la realización de todos los procesos de impresión a temperatura ambiente en condiciones atmosféricas ambientales, sin elevar la temperatura ni siquiera en 1 ° C. La electrónica impresa convencional ha requerido principalmente procesos de alta temperatura para sinterizar tinta de nanopartículas de metal para su uso como electrodos. Dado que las nanopartículas metálicas convencionales han utilizado materiales aislantes como ligandos para dispersar las nanopartículas en la tinta, las nanopartículas han tenido que ser sinterizadas para obtener una película metálica conductora.
En esta investigación, el equipo logró formar una película de metal sin sinterización posterior al recubrimiento, mediante el uso de moléculas aromáticas conductoras como ligandos de nanopartículas metálicas. La fina película obtenida ha alcanzado una resistividad de 9 × 10-6 Ω cm. Además, formando patrones hidrofílicos / hidrofóbicos microscópicos en la superficie, El equipo modeló nanopartículas metálicas conductoras ambientales y semiconductores orgánicos mediante un proceso a temperatura ambiente. e hizo transistores orgánicos de película delgada formando todos los electrodos de fuente y drenaje, semiconductores orgánicos y electrodos de puerta mediante impresión a temperatura ambiente. Los TFT orgánicos formados sobre un sustrato de plástico y un sustrato de papel, respectivamente, indicaron una movilidad promedio de 7,9 y 2,5 cm2V-1 s-1. Este valor supera con creces la movilidad media de los TFT de silicio amorfo a 0,5 cm2 V-1s-1 y casi coincide con la movilidad de los TFT IGZO producidos en serie (hasta 10 cm2 V-1 s-1).
Al fabricar pantallas, etc. por la electrónica impresa, los circuitos deben imprimirse en sustratos flexibles con una precisión posicional superior a varios micrones. Sustratos flexibles de plástico y papel, que son débiles contra el calor, se deformaron o distorsionaron bajo las temperaturas de procesamiento convencionales, conduciendo a una precisión comprometida. Al realizar todos los procesos de fabricación a temperatura ambiente, Será posible controlar completamente la deformación térmica de los sustratos e imprimir microcircuitos con alta precisión. Es más, los procesos de producción a temperatura ambiente en condiciones atmosféricas ambientales, en principio, permitir la producción de dispositivos electrónicos en la superficie de materiales que son extremadamente débiles frente a los cambios ambientales, como biomateriales. Se espera que este logro dé lugar a aplicaciones en diversos campos, incluidos el cuidado de la salud y la bioelectrónica.
Estos resultados de la investigación se publicarán en la revista Materiales funcionales avanzados , en el futuro cercano.
