Ricercatori giapponesi hanno stabilito un processo per formare transistor a film sottile organici (TFT), condurre l'intero processo di stampa a temperatura ambiente in condizioni atmosferiche ambientali.

Elettronica stampata, il campo in cui i dispositivi elettronici sono prodotti stampando materiali funzionali sotto forma di inchiostro senza la necessità di apparecchiature di produzione grandi e costose, ha attirato l'attenzione negli ultimi anni come una nuova tecnologia a basso costo, fabbricazione su vasta area di dispositivi a semiconduttore. Utilizzando plastica e altri substrati flessibili, si prevede che la tecnologia aprirà percorsi per la produzione di massa di dispositivi mediante elaborazione roll-to-roll o per nuove applicazioni come i dispositivi indossabili. Però, l'elettronica stampata convenzionale richiede molti processi ad alta temperatura che vanno da 100 a 200°C. Poiché i substrati plastici come il film PET generalmente hanno una bassa resistenza al calore, ci sono state richieste per lo sviluppo di un processo di stampa a bassa temperatura che non prevede processi ad alta temperatura e che sia applicabile a un'ampia gamma di materiali. Però, tale processo non è stato realizzato fino ad oggi.

In questa ricerca, il team ha stabilito "l'elettronica stampata a temperatura ambiente" mediante la quale è possibile produrre dispositivi elettronici conducendo tutti i processi di stampa a temperatura ambiente in condizioni atmosferiche ambientali, senza alzare la temperatura anche di 1°C. L'elettronica stampata convenzionale ha principalmente richiesto processi ad alta temperatura per sinterizzare l'inchiostro di nanoparticelle metalliche da utilizzare come elettrodi. Poiché le nanoparticelle metalliche convenzionali hanno utilizzato materiali isolanti come leganti per disperdere le nanoparticelle nell'inchiostro, le nanoparticelle hanno dovuto essere sinterizzate per ottenere un film metallico conduttivo.

In questa ricerca, il team è riuscito a formare un film metallico senza sinterizzazione post-rivestimento, utilizzando molecole aromatiche conduttive come leganti di nanoparticelle metalliche. Il film sottile ottenuto ha raggiunto una resistività di 9 × 10-6 Ω cm. Inoltre, formando microscopici modelli idrofili/idrofobici sulla superficie, il team ha modellato nanoparticelle metalliche conduttive ambientali e semiconduttori organici mediante un processo a temperatura ambiente, e realizzato transistor organici a film sottile formando tutti gli elettrodi di source e drain, semiconduttori organici ed elettrodi di gate mediante stampa a temperatura ambiente. I TFT organici formati su un substrato di plastica e un substrato di carta hanno indicato rispettivamente una mobilità media di 7,9 e 2,5 cm2V-1 s-1. Questo valore supera di gran lunga la mobilità media dei TFT in silicio amorfo a 0,5 cm2 V-1s-1 e quasi corrisponde alla mobilità dei TFT IGZO prodotti in serie (fino a 10 cm2 V-1 s-1).

Quando la produzione mostra, ecc. da elettronica stampata, i circuiti devono essere stampati su substrati flessibili con una precisione posizionale maggiore di diversi micron. Substrati flessibili in plastica e carta, che sono deboli contro il calore, si deformava o si deformava alle temperature di lavorazione convenzionali, portando a una precisione compromessa. Eseguendo tutti i processi produttivi a temperatura ambiente, sarà possibile controllare completamente la deformazione termica dei substrati e stampare microcircuiti ad alta precisione. Per di più, i processi di produzione a temperatura ambiente in condizioni atmosferiche ambiente sarebbero, in linea di principio, consentire la produzione di dispositivi elettronici sulla superficie di materiali estremamente deboli ai cambiamenti ambientali, come i biomateriali. Questo risultato dovrebbe portare ad applicazioni in diversi campi, tra cui l'assistenza sanitaria e la bioelettronica.

Questi risultati della ricerca saranno pubblicati sulla rivista Materiali funzionali avanzati , nel futuro prossimo.