Nanoparticules métalliques conductrices ambiantes et transistor organique créés dans cette recherche :(a) Schéma et micrographie électronique à balayage de nanoparticules métalliques conductrices ambiantes. Avec l'utilisation de ligands aromatiques conducteurs, les nanoparticules présentent une conductivité correspondant à celle du métal par séchage à température ambiante. (b) Schéma d'un TFT organique formé par un procédé d'impression à température ambiante. Étant donné que toutes les couches du TFT peuvent être formées sans augmenter la température de 1°C, des matériaux non résistants à la chaleur peuvent également être utilisés comme substrats. Il présente également une mobilité extrêmement élevée par rapport aux TFT organiques conventionnels. Crédit :Institut national des sciences des matériaux
Des chercheurs japonais ont mis au point un procédé de formation de transistors organiques à couche mince (TFT), effectuer l'ensemble du processus d'impression à température ambiante dans des conditions atmosphériques ambiantes.
Electronique imprimée, le domaine dans lequel les dispositifs électroniques sont produits en imprimant des matériaux fonctionnels sous forme d'encre sans avoir besoin d'équipements de fabrication volumineux et coûteux, a attiré l'attention ces dernières années en tant que nouvelle technologie à faible coût, fabrication à grande échelle de dispositifs semi-conducteurs. En utilisant du plastique et d'autres substrats flexibles, la technologie devrait ouvrir la voie à la production de masse d'appareils par traitement roll-to-roll ou à de nouvelles applications telles que les appareils portables. Cependant, l'électronique imprimée conventionnelle nécessite de nombreux procédés à haute température allant de 100 à 200°C. Étant donné que les substrats en plastique tels que les films PET ont généralement une faible résistance à la chaleur, il y a eu des appels pour le développement d'un processus d'impression à basse température qui n'implique aucun processus à haute température et qui soit applicable à une large gamme de matériaux. Cependant, un tel processus n'a pas été réalisé à ce jour.
Dans cette recherche, l'équipe a établi une « électronique imprimée à température ambiante » par laquelle des dispositifs électroniques peuvent être fabriqués en effectuant tous les processus d'impression à température ambiante dans des conditions atmosphériques ambiantes, sans augmenter la température de 1°C. L'électronique imprimée conventionnelle a principalement nécessité des processus à haute température afin de fritter l'encre à nanoparticules métalliques à utiliser comme électrodes. Étant donné que les nanoparticules métalliques conventionnelles ont utilisé des matériaux isolants comme ligands pour disperser les nanoparticules dans l'encre, les nanoparticules ont dû être frittées pour obtenir un film métallique conducteur.
Dans cette recherche, l'équipe a réussi à former un film métallique sans frittage post-revêtement, en utilisant des molécules aromatiques conductrices comme ligands de nanoparticules métalliques. Le film mince obtenu a atteint une résistivité de 9 × 10-6 Ω cm. En outre, en formant des motifs hydrophiles/hydrophobes microscopiques sur la surface, l'équipe a modelé des nanoparticules métalliques conductrices ambiantes et des semi-conducteurs organiques par un processus à température ambiante, et réalisé des transistors organiques à couches minces en formant toutes les électrodes de source et de drain, semi-conducteurs organiques et électrodes de grille par impression à température ambiante. Les TFT organiques formés sur un substrat en plastique et un substrat en papier ont indiqué respectivement une mobilité moyenne de 7,9 et 2,5 cm2V-1 s-1. Cette valeur dépasse de loin la mobilité moyenne des TFT en silicium amorphe à 0,5 cm2 V-1s-1 et correspond presque à la mobilité des TFT IGZO produits en série (jusqu'à 10 cm2 V-1 s-1).
Lors de la fabrication d'écrans, etc. par l'électronique imprimée, les circuits doivent être imprimés sur des substrats flexibles avec une précision de positionnement supérieure à plusieurs microns. Substrats souples en plastique et papier, qui sont faibles contre la chaleur, s'est déformé ou déformé sous les températures de traitement conventionnelles, conduisant à une précision compromise. En réalisant l'ensemble des procédés de fabrication à température ambiante, il sera possible de contrôler complètement la déformation thermique des substrats et d'imprimer des microcircuits avec une grande précision. Par ailleurs, les procédés de production à température ambiante dans des conditions atmosphériques ambiantes seraient, en principe, permettre la production de dispositifs électroniques à la surface de matériaux extrêmement faibles face aux changements environnementaux, comme les biomatériaux. Cette réalisation devrait conduire à des applications dans divers domaines, notamment les soins de santé et la bioélectronique.
Ces résultats de recherche seront publiés dans la revue Matériaux fonctionnels avancés , dans le futur proche.
