Alcuni dei ricercatori dietro la svolta:Peter Andersson Ersman, SALITA, Simone Fabiano, LiU, Jan Strandberg e Roman Lassnig, SALITA. Credito:Thor Balkhed
Ricercatori presso l'Università di Linköping e RISE, Campus Norrköping, hanno dimostrato per la prima volta che è possibile stampare circuiti integrati completi con più di 100 transistor elettrochimici organici. Il risultato è stato pubblicato su Comunicazioni sulla natura .
"Questo è un passo decisivo per una tecnologia che è nata all'Università di Linköping poco più di 17 anni fa. Il risultato mostra che siamo di nuovo all'avanguardia nel settore, grazie alla stretta collaborazione tra ricerca di base presso il Laboratorio di Elettronica Organica, LOE, e ricerca applicata a RISE, "dice Magnus Berggren, professore di elettronica organica e direttore del LOE.
"Il vantaggio che abbiamo qui è che non abbiamo bisogno di mischiare diversi metodi di produzione:tutto avviene tramite serigrafia, e in relativamente pochi passaggi di elaborazione. La chiave è assicurarsi che i diversi strati finiscano esattamente nel posto giusto, "dice Peter Andersson Ersman, ricercatore in elettronica stampata presso l'istituto di ricerca RISE.
La stampa di circuiti elettronici con una larghezza di linea di circa 100 micrometri pone anche elevate esigenze alla tecnologia di stampa, e la ricerca sull'elettronica stampata qui è stata aiutata dall'industria grafica. Hanno sviluppato telai serigrafici con maglie in grado di stampare linee estremamente sottili. E sono state necessarie molte ore di ricerca per sviluppare inchiostri da stampa con le giuste proprietà.
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Tanti finanziamenti diversi
"La ricerca ha ricevuto finanziamenti da molte fonti diverse negli ultimi 17 anni, " dice Magnus Berggren.
Questi includono la Fondazione svedese per la ricerca strategica, Vinnova, e la Fondazione Knut e Alice Wallenberg, mentre negli ultimi anni l'UE è stata coinvolta, attraverso il progetto Eureka Eurostars Prolog.
"La prima svolta per i circuiti stampati che utilizzano la serigrafia è arrivata nel progetto Prolog. Abbiamo pubblicato questi risultati nel 2017, " Dice Peter Andersson Ersman.
Da allora sono state affrontate almeno altre tre sfide:ridurre le dimensioni del circuito, aumentando la qualità in modo tale che la probabilità che tutti i transistor nel circuito funzionino si avvicina il più possibile al 100%, e risolvere l'integrazione con i circuiti a base di silicio necessari per elaborare i segnali e comunicare con l'ambiente circostante.
Questi circuiti integrati su larga scala, LSI, può essere utilizzato, Per esempio, per alimentare un display elettrocromico, stesso prodotto come elettronica stampata. Credito:Thor Balkhed
"Uno dei principali progressi è che siamo stati in grado di utilizzare i circuiti stampati per creare un'interfaccia con i tradizionali componenti elettronici a base di silicio. Abbiamo sviluppato diversi tipi di circuiti stampati basati su transistor elettrochimici organici. Uno di questi è un registro a scorrimento , che può formare un'interfaccia e occuparsi del contatto tra il circuito a base di silicio e altri componenti elettronici come sensori e display. Ciò significa che ora possiamo utilizzare un chip di silicio con meno contatti, che ha bisogno di un'area più piccola ed è in questo modo più economico, "dice Magnus Berggren.
1000 transistor organici su un A4
Lo sviluppo dell'inchiostro per stampare le linee sottili e i miglioramenti dei telai serigrafici hanno contribuito non solo al processo di miniaturizzazione, ma anche per ottenere una qualità superiore.
"Ora possiamo posizionare più di 1000 transistor elettrochimici organici su un substrato di plastica di dimensioni A4, e può collegarli in diversi modi per creare diversi tipi di circuiti integrati stampati, "dice Simone Fabiano, capo della ricerca in nanoelettronica organica nel Laboratorio di Elettronica Organica.
Questi circuiti integrati su larga scala (abbreviati "LSI") possono essere utilizzati, Per esempio, per alimentare un display elettrocromico, stesso prodotto come elettronica stampata, o un'altra parte del mondo elettronico online che l'Internet delle cose porta.
Il materiale utilizzato dai ricercatori è il polimero PEDOT:PSS, che è il materiale più studiato al mondo nel campo dell'elettronica organica.
"Questo materiale era disponibile in commercio 17 anni fa, ed è stata pura fortuna che abbiamo scelto di lavorare con questo particolare materiale. Usiamo ora lo stesso materiale nel circuito integrato come nel display, che consente di stampare in modo più efficiente. Abbiamo sviluppato un processo completo per i circuiti di stampa qui alla Printed Electronics Arena di Norrköping, "dice Magnus Berggren.
