Figure 1. Article de couverture du numéro de juillet 2018 de Matériaux avancés .
Récemment, les semi-conducteurs organiques transformables en solution sont mis en évidence pour leur application potentielle dans l'électronique imprimée, devenant une technique réalisable pour fabriquer un film mince flexible de grande surface à faible coût. La mobilité à effet de champ des semi-conducteurs organiques à petites molécules dépend de la cristallinité, orientation cristalline, et la taille des cristaux. Une variété de techniques de revêtement en solution, comme l'impression à jet d'encre, revêtement par immersion, et le cisaillement de solution ont été développés pour contrôler la cristallinité et l'orientation des cristaux, mais une méthode pour développer des techniques pour augmenter la taille cristalline des semi-conducteurs organiques est toujours nécessaire.
Pour surmonter ce problème, l'équipe de recherche a développé un système de cisaillement de solution à base de micropiliers de polymère inorganique pour augmenter la taille des cristaux d'un semi-conducteur organique avec la taille des piliers. En utilisant cette technique, le processus de cristallisation des semi-conducteurs organiques peut être contrôlé avec précision, et par conséquent, un film mince semi-conducteur organique de grande surface avec une cristallinité contrôlée peut être fabriqué.
Une variété de techniques de revêtement à base de solution ne peut pas contrôler le flux de fluide des solutions de manière appropriée, donc le solvant s'évapore aléatoirement sur le substrat, qui a des difficultés dans la fabrication de film mince semi-conducteur organique avec une grande taille de cristal.
L'équipe de recherche a intégré des microstructures de polymère inorganique dans la lame de cisaillement de solution pour résoudre ce problème. Le polymère inorganique peut être facilement microstructuré par des techniques de moulage classiques, a une durabilité mécanique élevée, et la résistance aux solvants organiques. A l'aide de la lame à microstructure à base de polymère inorganique, l'équipe de recherche a contrôlé la taille des semi-conducteurs organiques à petites molécules en ajustant la forme et les dimensions de la microstructure. Les microstructures dans la lame induisent les régions de courbure nette dans la ligne de ménisque qui s'est formée entre la lame de cisaillement et le substrat, et donc la nucléation et la croissance cristalline peuvent être régulées. D'où, l'équipe de recherche a fabriqué un film mince semi-conducteur organique avec de gros cristaux, ce qui augmente la mobilité par effet de champ.
Figure 2. Structure chimique du polymère inorganique (AHPCS) et procédé de fabrication d'une lame de cisaillement AHPCS microstructurée. Crédit : Institut coréen avancé des sciences et de la technologie (KAIST)
L'équipe de recherche a également démontré un processus de cisaillement de solution sur une surface incurvée en utilisant une lame de cisaillement flexible à base de polymère inorganique, ce qui étend l'applicabilité du cisaillement de la solution.
Le professeur Park a dit, "Notre nouveau système de cisaillement de solution peut contrôler le processus de cristallisation avec précision pendant l'évaporation du solvant." Il ajouta, "Cette technique ajoute un autre paramètre clé qui peut être utilisé pour régler la propriété des films minces et ouvre une grande variété de nouvelles applications."
Les résultats de ce travail, intitulé "Inorganic Polymer Micropillar-Based Solution Shearing of Large-Area Organic Semiconductor Thin Films with Pillar-Size-Dependent Crystal Size, " ont été publiés dans le numéro de juillet 2018 de Matériaux avancés .
Figure 3.La tendance à la hausse de la taille des cristaux de semi-conducteurs organiques avec l'augmentation de la dimension de la microstructure. Crédit : Institut coréen avancé des sciences et de la technologie (KAIST)
