Etsning av organiska skärmar

Med hjälp av organiska halvledarmaterial istället för styvt kisel är det möjligt att göra energieffektiva, lätta och flexibla solceller och datorskärmar. Men att tillverka enheter av organiskt material kräver investeringar i helt ny utrustning, eftersom organiskt material normalt förstörs av de starka kemikalier som krävs för konventionell fotolitografi.



Organisk litografi: Denna organiska ljusemitterande diod tillverkades med nya fotolitografimaterial.

Nu Ortogonal , ett företag baserat i Ithaca, NY, utvecklar material som gör att organisk elektronik kan tillverkas på den utrustning som används för att göra kiselelektronik. Detta ska också göra det möjligt att bygga mer komplexa organiska komponenter. Företaget har demonstrerat fyra prototypenheter, inklusive organiska ljusemitterande dioder, tillverkade med nya fotolitografiskemikalier som är kompatibla med organiska material.





Transistorer och displaypixlar som är gjorda av organiska material som polymerer är långsammare än de som är gjorda av kisel, men de kräver också mindre energi för att fungera, väger mindre och kan tillverkas på flexibla underlag, vilket gör dem attraktiva för användning i skärmar och solenergi. paneler. Men att tillverka dem kräver ny utrustning som industriella bläckstråleskrivare. Det är definitivt ett problem för organiska lysdioder och annan organisk elektronik att mycket av utrustningen är handgjord, säger Paul Semenza , senior vice president på DisplaySearch , ett marknadsundersökningsföretag. För tillverkare är det en stor kostnad att köpa helt ny utrustning. Om du kunde använda fotolitografi för att göra dessa enheter, skulle du potentiellt kunna bryta den flaskhalsen, säger han.

Fotolitografi är standardmetoden för att tillverka kiselelektronik, men den är normalt oförenlig med organiska material eftersom det kräver starka kemikalier som får dem att brytas ned. För att mönstra en yta som en kiselskiva måste ytan först beläggas med en ljuskänslig kemikalie som kallas fotoresist. Ljus skiner sedan på ytan genom en mönstrad mask och lösningsmedel appliceras för att etsa bort de exponerade områdena av fotoresisten, vilket lämnar efter sig ett mönster.

Orthogonal har licensierat en fotolitografiteknik utvecklad av forskare vid Cornell University som är kompatibel med organiska material. Tekniken, som kallas ortogonal litografi, uppfanns av Christopher Ober och George Malliaras , båda professorer i materialvetenskap och teknik vid Cornell. Både fotoresisten och lösningsmedlet som transporterar bort det under etsningsprocessen är gjorda av en ovanlig klass av molekyler som kallas hydrofluoroetrar - föreningar som interagerar med varandra men inte med halvledande organiska material. Så lösningsmedlet och fotoresisten som Cornell-forskarna utvecklade kommer inte att försämra de halvledande skikten under litografiprocessen.

Ortogonal hoppas kunna sälja kemikalier för tillverkning av organisk elektronik med hjälp av konventionell fotolitografi till företag som tillverkar bildskärmar och andra enheter. Företaget samarbetar redan med flera display- och solcellstillverkare för att utveckla produkter enligt tillverkningsmetoden.

Istället för att bygga nya anläggningar och utveckla nya processer vill vi göra det möjligt för tillverkare att använda utrustning och kunskap kring en process som redan finns, säger Fox Holt , VD för Orthogonal.

Ober, som utvecklade fotoresisten och lösningsmedlet, säger att Malliaras har tagit denna process och förbättrat den för att tillämpas på produktion av mycket komplexa organiska transistorer, sensorer, solceller och ringoscillatorer (enheter som omvandlar likström till växelström). Ortogonal visar för närvarande dessa fyra prototyper för potentiella kunder. Hittills har processen visat sig vara kompatibel med alla organiska halvledande material som gruppen har testat. Ober säger att lösningsmedlen också är miljövänliga och lätta att arbeta med. Medan de nya lösningsmedlen kan kosta mer än de som används för att tillverka kiselelektronik, bör priset på fotoresisten vara likvärdigt. Sammantaget borde processen vara billigare än att tillverka silikonelektronik.

ny utveckling inom teknik

Prestandan hos enheter tillverkade med ortogonal litografi motsvarar organiska enheter tillverkade med andra tekniker, säger Ortogonal CTO John de Franco . Företagets första produkter, som man hoppas kunna sälja om ungefär ett år, kommer att vara material för att tillverka organiska lysdioder. Ortogonal har byggt prototyppixlar med hjälp av tekniken. Deras effektivitet är jämförbar med standardenheter, och vi tittar för närvarande på livstider, vilket kan vara ett problem med organiska displaymaterial, säger de Franco.

Ober förväntar sig att ortogonal litografi ska göra mer avancerad organisk elektronik möjlig, med skiktade enheter som kan utföra mer komplexa operationer. När organiska enheter i flera lager görs med hjälp av trycktekniker som bläckstråleutskrift, stör varje lager det föregående, säger han. Enheterna är gjorda av bläck som består av en halvledare i ett lösningsmedel. Men lösningsmedlet, som krävs för att skriva ut på varandra följande lager, kan interagera med de halvledare som redan har skrivits ut, med allvarliga konsekvenser för prestandan. Denna sammanblandning mellan skikten är inte ett problem när man gör flerskiktsenheter med ortogonal litografi eftersom de fluorerade lösningsmedlen endast interagerar med fotoresisten och inte med den organiska halvledaren. Varje lager kan läggas ner utan att blandas, säger Ober.

Zhenan Bao , en docent i kemiteknik vid Stanford University, säger att företagets tillvägagångssätt är unikt. Andra grupper har fokuserat på att utveckla billigare tillverkningstekniker – om den initiala investeringen i utrustning inte beaktas är bläckstråleutskrift och andra tekniker billigare. Men Bao förväntar sig att Orthogonal kan få fotfäste på displaymarknaden. Det här är produkter som inte nödvändigtvis kommer att vara billiga och engångsbruk, så litografi kan vara överkomligt, säger hon. Och att använda befintlig infrastruktur kan vara en fördel, särskilt för displayföretag.

Dölj