Полностью интегральные схемы с более чем 100 электрохимическими органическими транзисторами могут быть изготовлены с помощью трафаретной печати, где специальные чернила печатаются на пластике. Исследователям из Университета Линчёпинга и Шведского Исследовательского Института Норчёппинга (RISE) удалось сделать это впервые в мире.
Интегральная схема представляет собой электронную схему, в которой разные компоненты изготавливаются на одном и том же полупроводниковом кристалле, который часто изготавливается из кремния. Компоненты могут быть транзисторами, диодами, резисторами и конденсаторами, которые объединены вместе, чтобы обеспечить определенную функциональность. Интегральные схемы, или микросхемы, используются, среди прочего, в компьютерах.
- Это важный шаг вперед для технологии, которая родилась в университете Линчёпинга чуть более 17 лет назад. Результат показывает, что мы снова являемся номером один в этой области благодаря тесному сотрудничеству между фундаментальными исследованиями в Лаборатории органической электроники (LOE) и более прикладными исследованиями в RISE, говорит Магнус Берггрен, профессор органической электроники и директор LOE в Университете Линчепинга.
- Сила здесь в том, что нам не приходилось смешивать методы. Весь процесс осуществляется в трафаретной печати и в относительно мало этапов; Хитрость заключается в том, чтобы убедиться, что разные слои оказываются в нужном месте, говорит Питер Андерссон Эрсман, специалист в области печатной электроники в исследовательском институте RISE.
Тонкие линии напечатаны специальными чернилами
Печатная электроника, ширина линии которой составляет около 100 микрометров, также предъявляет требования к технологии печати, и здесь исследованиям в области электроники помогла графическая индустрия, которая выпустила рамки для трафаретной печати с холстами, которые могут обрабатывать очень тонкие линии. Также потребовалось огромное количество опытов и потраченных часов для производства чернил с правильными печатными свойствами.
Первый прорыв для печатных плат с экраном произошел в рамках проекта ЕС, проекта Eureka Eurostars Prolog, и был опубликован в 2017 году. С тех пор было решено, по крайней мере, три задачи: уменьшить размер цепей, повысить качество, чтобы вероятность того, что все транзисторы в схеме работают как можно ближе к 100 процентам, и не в последнюю очередь для решения проблемы интеграции с кремниевыми цепями, необходимыми для обработки сигналов и для внешней связи.
Может общаться с обычными кремниевыми чипами
- Одним из самых важных шагов является возможность использовать печатные платы для создания интерфейса с традиционной кремниевой электроникой, добиться этой возможности было очень непросто. Мы разработали различные типы печатных плат на основе органических электрохимических транзисторов. Например, сдвиговый регистр, который формирует интерфейс и поддерживает контакт между кремниевой цепью и другими электронными компонентами, такими как датчики или дисплеи. Это означает, что теперь мы можем использовать кремниевый чип с меньшим количеством контактных точек, что приводит к уменьшению площади и, следовательно, снижению стоимости, - говорит Магнус Берггрен.
Разработка чернил для печати тонких линий и улучшенных рамок трафаретной печати способствовала как миниатюризации, так и повышению качества.
- На А4 теперь у нас есть место для более чем 1000 органических электрохимических транзисторов, и в зависимости от того, как они подключены, мы можем создавать различные типы печатных интегральных схем, - говорит Симоне Фабиано, руководитель исследований в области органической наноэлектроники в Лаборатории органической электроники Университета Линчепинга.
Большие интегральные схемы, называемые LSI ( Large Scale Integration ) с большим количеством компонентов на интегральную схему, могут использоваться, например, для управления аналогичным печатным дисплеем или какой-либо другой частью подключенной электроники, которую несет в себе Интернет вещей.
Материал, используемый исследователями, представляет собой электропроводящий полимер PEDOT: PSS, который является наиболее изученным материалом в мире в области органической электроники.
- Это материал, который был коммерчески доступен уже 17 лет назад, и тогда нам посчастливилось выбрать работу с этим конкретным материалом. Теперь у нас есть тот же материал для интегральной схемы, что и для дисплея, и это позволяет печатать более эффективно. Мы разработали полный процесс для печати схем здесь, Норрчёпинге », - говорит Магнус Берггрен.
