Onderzoekers van Linköping University en RISE, Campus Norrköping, hebben voor het eerst aangetoond dat het mogelijk is om volledige geïntegreerde schakelingen te printen met meer dan 100 organische elektrochemische transistoren. Het resultaat is gepubliceerd in Natuurcommunicatie .

"Dit is een beslissende stap voor een technologie die iets meer dan 17 jaar geleden aan de Universiteit van Linköping werd geboren. Het resultaat laat zien dat we opnieuw toonaangevend zijn, dankzij de nauwe samenwerking tussen basisonderzoek aan het Laboratorium voor Organische Elektronica, LOE, en toegepast onderzoek bij RISE, " zegt Magnus Berggren, hoogleraar organische elektronica en directeur van LOE.

"Het voordeel dat we hier hebben, is dat we geen verschillende productiemethoden hoeven te mengen:alles wordt gedaan door zeefdruk, en in relatief weinig verwerkingsstappen. De sleutel is ervoor te zorgen dat de verschillende lagen precies op de juiste plaats terechtkomen, " zegt Peter Andersson Ersman, onderzoeker in gedrukte elektronica bij onderzoeksinstituut RISE.

Het printen van elektronische schakelingen met een lijnbreedte van ongeveer 100 micrometer stelt ook hoge eisen aan de printtechnologie, en het onderzoek naar gedrukte elektronica is hierbij geholpen door de grafische industrie. Ze hebben zeefdrukframes met mazen ontwikkeld die extreem fijne lijntjes kunnen printen. En er waren vele uren onderzoek nodig om drukinkt met de juiste eigenschappen te ontwikkelen.

Veel verschillende financieringen

"Het onderzoek heeft de afgelopen 17 jaar financiering gekregen van veel verschillende bronnen, ' Zegt Magnus Berggren.

Deze omvatten de Zweedse Stichting voor Strategisch Onderzoek, Vinnova, en de Knut en Alice Wallenberg Foundation, terwijl de EU er de afgelopen jaren bij betrokken is geraakt, via het Eureka Eurostars Prolog-project.

"De eerste doorbraak voor printplaten met zeefdruk kwam in het Prolog-project. We publiceerden deze resultaten in 2017, ' zegt Peter Andersson Ersman.

Sindsdien zijn er nog minstens drie andere uitdagingen aangepakt:het verkleinen van de circuitgrootte, het verhogen van de kwaliteit zodat de kans dat alle transistors in het circuit werken zo dicht mogelijk bij 100 procent ligt, en het oplossen van integratie met de op silicium gebaseerde circuits die nodig zijn om signalen te verwerken en te communiceren met de omgeving.

"Een van de belangrijkste vorderingen is dat we gedrukte schakelingen hebben kunnen gebruiken om een ​​interface te creëren met traditionele elektronische componenten op basis van silicium. We hebben verschillende soorten gedrukte schakelingen ontwikkeld op basis van organische elektrochemische transistors. Een daarvan is een schuifregister , die een interface kan vormen en het contact kan afhandelen tussen het op silicium gebaseerde circuit en andere elektronische componenten zoals sensoren en displays. Dit betekent dat we nu een siliciumchip kunnen gebruiken met minder contacten, die een kleinere oppervlakte nodig heeft en op deze manier goedkoper is, ', zegt Magnus Berggren.

1000 organische transistors op een A4

De ontwikkeling van inkt om de dunne lijnen af ​​te drukken en verbeteringen van de zeefdrukframes hebben niet alleen bijgedragen aan het miniaturisatieproces, maar ook om een ​​hogere kwaliteit te bereiken.

"We kunnen nu meer dan 1000 organische elektrochemische transistoren op een plastic substraat van A4-formaat plaatsen, en kan ze op verschillende manieren verbinden om verschillende soorten gedrukte geïntegreerde schakelingen te creëren, " zegt Simone Fabiano, hoofd onderzoek in organische nano-elektronica in het Laboratorium voor Organische Elektronica.

Deze grootschalige geïntegreerde schakelingen (afgekort "LSI") kunnen worden gebruikt, bijvoorbeeld, om een ​​elektrochroom display van stroom te voorzien, zelf vervaardigd als gedrukte elektronica, of een ander deel van de online elektronische wereld die het internet der dingen met zich meebrengt.

Het materiaal dat de onderzoekers gebruiken is het polymeer PEDOT:PSS, dat is het meest bestudeerde materiaal ter wereld op het gebied van organische elektronica.

"Dit materiaal was 17 jaar geleden in de handel verkrijgbaar, en het was puur geluk dat we ervoor kozen om met dit specifieke materiaal te werken. We gebruiken nu hetzelfde materiaal in de geïntegreerde schakeling als in het display, wat het mogelijk maakt om efficiënter te printen. We hebben een compleet proces ontwikkeld voor het printen van circuits hier in de Printed Electronics Arena in Norrköping, ', zegt Magnus Berggren.