211service.com
Wytrawianie organicznych wyświetlaczy
Używając organicznych materiałów półprzewodnikowych zamiast sztywnego krzemu, możliwe jest wytwarzanie energooszczędnych, lekkich i elastycznych ogniw słonecznych i wyświetlaczy komputerowych. Jednak wytwarzanie urządzeń z materiałów organicznych wymaga zainwestowania w zupełnie nowy sprzęt, ponieważ materiały organiczne są zwykle niszczone przez żrące chemikalia niezbędne w konwencjonalnej fotolitografii.
Litografia organiczna: Ta organiczna dioda elektroluminescencyjna została wykonana przy użyciu nowych materiałów fotolitograficznych.
Ale już Prostokątny , firma z siedzibą w Ithaca w stanie Nowy Jork opracowuje materiały, które pozwolą na produkcję elektroniki organicznej na sprzęcie używanym do produkcji elektroniki krzemowej. Powinno to również umożliwić budowanie bardziej złożonych komponentów organicznych. Firma zademonstrowała cztery prototypowe urządzenia, w tym organiczne diody elektroluminescencyjne, wykonane przy użyciu nowych chemikaliów fotolitograficznych, które są kompatybilne z materiałami organicznymi.
Tranzystory i piksele wyświetlaczy wykonane z materiałów organicznych, takich jak polimery, są wolniejsze niż te wykonane z krzemu, ale wymagają również mniej energii do działania, mniej ważą i mogą być wykonane na elastycznych podłożach, co czyni je atrakcyjnymi do stosowania w wyświetlaczach i panelach słonecznych panele. Jednak ich produkcja wymaga nowego sprzętu, takiego jak przemysłowe drukarki atramentowe. To zdecydowanie problem dla organicznych diod elektroluminescencyjnych i innej organicznej elektroniki, że wiele urządzeń jest wykonywanych ręcznie, mówi Paweł Semenza , starszy wiceprezes w DisplaySearch , firma zajmująca się badaniem rynku. Dla producentów zakup zupełnie nowego sprzętu to duży wydatek. Jeśli mógłbyś użyć fotolitografii do wykonania tych urządzeń, potencjalnie mógłbyś przełamać to wąskie gardło, mówi.
Fotolitografia jest standardową metodą wytwarzania elektroniki krzemowej, ale zwykle jest niekompatybilna z materiałami organicznymi, ponieważ wymaga agresywnych chemikaliów, które powodują ich rozkład. Aby utworzyć wzór na powierzchni, takiej jak płytka krzemowa, należy najpierw pokryć ją światłoczułą substancją chemiczną zwaną fotomaską. Światło jest następnie rzucane na powierzchnię przez wzorzystą maskę, a rozpuszczalnik jest nakładany w celu wytrawienia odsłoniętych obszarów fotorezystu, pozostawiając wzór.
Firma Orthogonal uzyskała licencję na technikę fotolitografii opracowaną przez naukowców z Cornell University, która jest zgodna z materiałami organicznymi. Technika, zwana litografią ortogonalną, została wynaleziona przez: Krzysztof Ober oraz George Malliaras , obaj profesorowie materiałoznawstwa i inżynierii w Cornell. Zarówno fotorezyst, jak i rozpuszczalnik, który usuwa ją podczas procesu trawienia, są wykonane z niezwykłej klasy cząsteczek zwanych hydrofluoroeterami – związków, które oddziałują ze sobą, ale nie z półprzewodnikowymi materiałami organicznymi. Tak więc rozpuszczalnik i fotomaska, którą opracowali naukowcy Cornell, nie degradują warstw półprzewodnikowych podczas procesu litografii.
Prostokątny ma nadzieję sprzedawać chemikalia do produkcji elektroniki organicznej przy użyciu konwencjonalnej fotolitografii firmom produkującym wyświetlacze i inne urządzenia. Firma współpracuje już z kilkoma producentami wyświetlaczy i paneli słonecznych w celu opracowania produktów przy użyciu metody produkcyjnej.
Zamiast budować nowe zakłady i opracowywać nowe procesy, chcemy umożliwić producentom korzystanie ze sprzętu i wiedzy wokół już istniejącego procesu, mówi Lis Holt , dyrektor generalny Orthogonal.
Ober, który opracował fotomaskę i rozpuszczalnik, mówi, że Malliaras wykorzystał ten proces i ulepszył go do zastosowania w produkcji bardzo złożonych organicznych tranzystorów, czujników, ogniw słonecznych i oscylatorów pierścieniowych (urządzeń, które przekształcają prąd stały na prąd przemienny). Orthogonal prezentuje obecnie te cztery prototypy potencjalnym klientom. Jak dotąd proces okazał się kompatybilny ze wszystkimi organicznymi materiałami półprzewodnikowymi, które testowała grupa. Ober twierdzi, że rozpuszczalniki są również przyjazne dla środowiska i łatwe w użyciu. Chociaż nowe rozpuszczalniki mogą kosztować więcej niż te używane do produkcji elektroniki krzemowej, cena fotomaski powinna być równoważna. Ogólnie rzecz biorąc, proces ten powinien być tańszy niż wytwarzanie elektroniki krzemowej.
Wydajność urządzeń wykonanych przy użyciu litografii ortogonalnej jest równoważna urządzeniom organicznym wykonanym przy użyciu innych technik, mówi Orthogonal CTO Jana de Franco . Pierwszymi produktami firmy, które ma nadzieję sprzedać za około rok, będą materiały do produkcji organicznych diod elektroluminescencyjnych. Orthogonal zbudował prototypowe piksele przy użyciu tej techniki. Ich wydajność jest porównywalna ze standardowymi urządzeniami, a obecnie patrzymy na żywotność, która może być problemem w przypadku organicznych materiałów do wyświetlania, mówi de Franco.
Ober oczekuje, że litografia ortogonalna umożliwi bardziej zaawansowaną elektronikę organiczną z urządzeniami warstwowymi zdolnymi do wykonywania bardziej złożonych operacji. Kiedy wielowarstwowe urządzenia organiczne są wytwarzane przy użyciu technik drukowania, takich jak druk atramentowy, każda warstwa zakłóca poprzednią, mówi. Urządzenia wykonane są z atramentów składających się z półprzewodnika w rozpuszczalniku. Jednak rozpuszczalnik, który jest wymagany do drukowania kolejnych warstw, może wchodzić w interakcje z już wydrukowanymi półprzewodnikami, co ma poważne konsekwencje dla wydajności. To mieszanie się warstw nie stanowi problemu przy tworzeniu urządzeń wielowarstwowych przy użyciu litografii ortogonalnej, ponieważ fluorowane rozpuszczalniki oddziałują tylko z fotorezystem, a nie z organicznym półprzewodnikiem. Każdą warstwę można ułożyć bez mieszania, mówi Ober.
Zhenan Bao , profesor nadzwyczajny inżynierii chemicznej na Uniwersytecie Stanforda, mówi, że podejście firmy jest wyjątkowe. Inne grupy skupiły się na opracowywaniu tańszych technologii produkcyjnych – jeśli nie uwzględni się początkowej inwestycji w sprzęt, druk atramentowy i inne techniki są tańsze. Ale Bao spodziewa się, że Orthogonal może zdobyć przyczółek na rynku wyświetlaczy. Są to produkty, które niekoniecznie będą tanie i jednorazowe, więc litografia może być niedroga – mówi. A korzystanie z istniejącej infrastruktury może być zaletą, zwłaszcza dla firm zajmujących się wyświetlaniem.