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半导体和电子产品

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喷墨印刷产生高性能晶体管

14 Jul 2011 IsabelleDumé.
打印高性能晶体管

一种用于制造高性能的新型喷墨的印刷技术,由日本的研究人员开发了一种高性能,单晶薄膜晶体管。房间温度工艺可用于制造大面积印刷电子设备,包括柔性显示器,太阳能电池,电子纸和传感器板。

高纯度单晶在推进半导体微电子中一直至关重要,并且具有最高性能的装置总是含有单晶界面。印刷技术,例如喷墨技术,显示了制造大面积和柔性电子设备的承诺,并使用由半导体材料制成的油墨在基板上沉积图案。喷墨的一个主要问题是沉积的材料具有差的结晶性能,这减少了材料中的电荷载流子迁移率并最终降低了装置性能。

现在,筑波及其同事国家先进的工业科学和技术(AICT)国家先进的工业科学和技术研究所(AICT)的Tatsuo Havawa提出了一种新的印刷过程,将半导体墨水和结晶油墨结合成一个。首先是溶剂中的半导体,第二个是半导体“antisolvent” –一种液体不溶于半导体的液体。该方法产生具有在液体中生长的特殊均匀,单晶或多晶薄膜–基板上的空气接口。

避免‘coffee rings’

“这些结果与以前的这种印刷方法实现的结果有意义,” Hasegawa tells nanotechweb.org.. “到目前为止,由于自结晶,难以产生均匀的半导体薄膜,或者‘coffee-ring’ effect.”这种效果涉及通过蒸发驱动的溶剂中微粒的运动。

该团队使用带双印刷头的压电喷墨印刷机,其弹出60滴 PL的频率为500 赫兹。在该过程中,首先印刷抗溶剂墨水(纯无水二甲基甲酰胺),然后用含有有机半导体C的油墨叠印8BTBT。然后将沉积的液滴自然地混合在基板的表面上。

使用光学显微镜,研究人员观察到开始在液体表面形成的微小浮体。每个体似乎用作进一步结晶的核,随后越来越大。这些体最终覆盖液滴的整个表面以形成c8BTBT薄的固体层在溶剂蒸发之前。溶剂相当缓慢地蒸发,最终结果是C的薄膜8BTBT大约30岁–200 nm厚,紧紧地粘在基板表面上。

高性能移动性

研究人员使用这种材料使薄膜晶体管用金源和漏极和漏极和Parylene-C作为栅极介电层。完成的设备具有高达16.4的平均电荷载波散热率 cm2/ vs。这样的值将设备放入高性能范围,从10开始 cm2/ vs。开关电流比率也很高,105–107.

根据HAGEGAWA的说法,这种性能远高于由C制成的先前晶体管8BTBT并与其他非常高性能的设备相比,包括橡胶单晶装置。“我们认为,由于单晶薄半导体膜形成缓慢,因此观察到的良好特性。这是因为微覆盖液滴的流体性质,其中层流量在湍流上​​占主导地位。”该技术还应该为其他功能性可溶材料工作。

该团队,包括来自东京大学和筑波群岛的研究人员,现在计划优化其设备和设备处理技术。“例如,有足够的范围来改善晶体管中的源/漏极触点,” reveals Hasegawa. “然后,下一步将利用制造印刷电金属线的技术,然后最终生产全印刷电子产品。”

这项工作发表在 自然 DOI:10.1038 / Nature10313。

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