Een onderzoeksteam, aangesloten bij het Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) in Zuid-Korea, is erin geslaagd sterk geïntegreerde arrays van PTFT's en logische poorten te fabriceren via verwerking van alle oplossingen.

Een technologie om de productiekosten van elektronische apparaten te verlagen, zoals OLED's met een groot oppervlak die grote tv's maken, is ontwikkeld. In plaats van dure vacuümapparatuur, deze techniek maakt gebruik van een reeks oplossingsprocessen voor de productie van elektronische apparaten.

Een onderzoeksteam, gezamenlijk geleid door professor BongSoo Kim in de School of Natural Science, Professor Jeong Ho Cho van de Yonsei University, Professor Moon Sung Kang van de Sogang University is erin geslaagd om volledig geïntegreerde arrays van polymere dunne-filmtransistoren en logische poorten te fabriceren via all-solution processing-techniek. De sleutel tot deze techniek is dat het een zeer efficiënt verknopingsmiddel gebruikt dat geen verslechtering van de elektrische eigenschappen van de gastheermaterialen veroorzaakt.

Oplossingsverwerkingstechniek verwijst naar een fabricagemethode waarbij de materialen worden opgelost in verschillende oplosmiddelen, en vervolgens kunnen ze worden gecoat door spincoating voor experimenten op laboratoriumformaat of inkjetprinten. Een dergelijke techniek is goedkoper dan vacuümapparatuur, toch is het nadeel dat er kans is op materiële schade. In het algemeen, het fabricageproces van elektronische apparaten vereist het stapelen van verschillende lagen elektronische componenten. En dit kan het risico op materiële schade vergroten, vooral wanneer de lagen op elkaar worden gestapeld door een reeks oplossingsverwerkingsstappen. Daarnaast, de warmte die wordt geproduceerd bij het verwijderen van oplosmiddelen kan denaturatie van de gastheermaterialen veroorzaken, wat een groot obstakel is bij het realiseren van elektronische apparaten die voor alle oplossingen zijn verwerkt.

Het onderzoeksteam loste dergelijke problemen op, met behulp van een driedimensionale crosslinker in tetraëdrische geometrie met vier fotocrosslinkbare azidegroepen, aangeduid als 4Bx. Dit verknopingsmiddel verbindt de verschillende soorten elektronische materialen (d.w.z. polymeer halfgeleiders, polymeer isolatoren, en metalen nanodeeltjes), en ze zo stevig bij elkaar te houden, als een brug. Omdat de vernette lagen van elektronische componenten sterk bestand zijn tegen chemische oplosmiddelen, micropatterning van de lagen met hoge resolutie en het op elkaar stapelen van de lagen door een reeks oplossingsverwerkingsstappen is mogelijk.

"Vernettingsmiddelen zijn elektrisch niet-geleidend, en daarom leidt de toevoeging van een grote hoeveelheid verknopingsmiddel tot een morfologische verandering in de film en verslechtering van de elektrische en opto-elektronische eigenschappen van het materiaal, ", zegt professor Kim. "Echter, de nieuwe crosslinker kan worden toegepast op het patroonvormingsproces van verschillende in oplossing verwerkbare materialen met gebruik van een zeer lage hoeveelheid is dus zeer wenselijk. Met een zeer kleine hoeveelheid 4Bx, het onderzoeksteam is erin geslaagd sterk geïntegreerde arrays van polymere dunne-filmtransistors (PTFT's) en logische circuits te fabriceren via verwerking van alle oplossingen. De resultaten laten zien dat de PTFT's op basis van fotoverknoopte polymeerfilms gelijkwaardige prestaties en betere stabiliteit vertonen in vergelijking met die bereid met behulp van polymeerfilms zonder de crosslinker. "Algemeen, dit werk demonstreert een effectieve route naar volledig in oplossingen verwerkte organische elektronische apparaten op basis van een enkel fabricageprotocol, ’ zegt professor Kim.

De bevindingen van dit onderzoek zijn gepubliceerd in de online versie van Natuurcommunicatie .