Japanse onderzoekers hebben een proces ontwikkeld voor het vormen van organische dunnefilmtransistors (TFT's), het uitvoeren van het gehele drukproces bij kamertemperatuur onder atmosferische omgevingscondities.

Gedrukte elektronica, het gebied waarin elektronische apparaten worden geproduceerd door functionele materialen in inktvorm af te drukken zonder de noodzaak van grote en dure productieapparatuur, heeft de afgelopen jaren de aandacht getrokken als een nieuwe technologie voor goedkope, fabricage van halfgeleiders op grote schaal. Door plastic en andere flexibele substraten te gebruiken, de technologie zal naar verwachting wegen openen voor de massaproductie van apparaten door roll-to-roll-verwerking of voor nieuwe toepassingen zoals draagbare apparaten. Echter, conventionele gedrukte elektronica vereist veel processen bij hoge temperaturen, variërend van 100 tot 200°C. Omdat kunststofsubstraten zoals PET-folie over het algemeen een lage hittebestendigheid hebben, er is gepleit voor de ontwikkeling van een printproces bij lage temperatuur dat geen processen bij hoge temperaturen omvat en dat toepasbaar is op een breed scala aan materialen. Echter, een dergelijk proces is tot op heden niet gerealiseerd.

In dit onderzoek, het team heeft "op kamertemperatuur gedrukte elektronica" opgezet waarmee elektronische apparaten kunnen worden vervaardigd door alle afdrukprocessen bij kamertemperatuur onder atmosferische omstandigheden uit te voeren, zonder de temperatuur zelfs maar 1°C te verhogen. Conventionele gedrukte elektronica had voornamelijk processen bij hoge temperatuur nodig om metalen nanodeeltjesinkt te sinteren om als elektroden te worden gebruikt. Aangezien conventionele metalen nanodeeltjes isolatiematerialen hebben gebruikt als liganden voor het dispergeren van de nanodeeltjes in de inkt, de nanodeeltjes moesten worden gesinterd om een ​​geleidende metaalfilm te verkrijgen.

In dit onderzoek, het team slaagde erin een metaalfilm te vormen zonder sinteren na de coating, door geleidende aromatische moleculen te gebruiken als liganden van metalen nanodeeltjes. De verkregen dunne film heeft een soortelijke weerstand van 9 × 10-6 Ω cm bereikt. In aanvulling, door microscopische hydrofiele/hydrofobe patronen op het oppervlak te vormen, het team vormde een patroon van geleidende metalen nanodeeltjes en organische halfgeleiders door middel van een proces bij kamertemperatuur, en organische dunnefilmtransistoren gemaakt door alle source- en drain-elektroden te vormen, organische halfgeleiders en poortelektroden door printen bij kamertemperatuur. Organische TFT's gevormd op een plastic substraat en een papieren substraat gaven respectievelijk een gemiddelde mobiliteit aan van 7,9 en 2,5 cm2V-1 s-1. Deze waarde overtreft ver de gemiddelde mobiliteit van amorf silicium TFT's bij 0,5 cm2 V-1s-1 en komt bijna overeen met de mobiliteit van in massa geproduceerde IGZO TFT's (tot 10 cm2 V-1 s-1).

Bij het vervaardigen van displays, enz. door gedrukte elektronica, circuits moeten op flexibele substraten worden geprint met een positionele nauwkeurigheid van meer dan enkele microns. Flexibele plastic en papieren ondergronden, die zwak zijn tegen hitte, werd vervormd of vervormd onder de conventionele verwerkingstemperaturen, wat leidt tot een gecompromitteerde nauwkeurigheid. Door alle fabricageprocessen bij kamertemperatuur uit te voeren, het zal mogelijk zijn om de warmtevervorming van substraten volledig te beheersen en microcircuits met hoge nauwkeurigheid te printen. Verder, de productieprocessen bij kamertemperatuur onder atmosferische omgevingsomstandigheden zouden, in principe, de productie van elektronische apparaten mogelijk maken op het oppervlak van materialen die extreem zwak zijn tegen veranderingen in het milieu, zoals biomaterialen. Deze prestatie zal naar verwachting leiden tot toepassingen op diverse gebieden, waaronder gezondheidszorg en bio-elektronica.

Deze onderzoeksresultaten worden gepubliceerd in het tijdschrift Geavanceerde functionele materialen , in de nabije toekomst.