Un gruppo di ricerca composto da un gruppo del National Institute for Materials Science (NIMS) International Center for Materials Nanoarchitectonics (MANA) e Colloidal Ink ha sviluppato una tecnica di stampa per formare circuiti elettronici e transistor a film sottile (TFT) con larghezza e interlinea sia essendo 1 micron. Questo studio è stato sostenuto da una sovvenzione per lo sviluppo di tecnologie industriali avanzate di NEDO.

Un gruppo di ricerca composto dallo scienziato indipendente MANA Takeo Minari, MANA NIM, e Colloidal Ink hanno sviluppato una tecnica di stampa per la formazione di circuiti elettronici e transistor a film sottile (TFT) con larghezza e spaziatura delle linee di 1 μm. Questo studio è stato sostenuto da una sovvenzione per lo sviluppo di tecnologie industriali avanzate, fornito dalla New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO). Utilizzando questa tecnica, il team di ricerca ha formato TFT organici completamente stampati con una lunghezza del canale di 1 μm su substrati flessibili, e ha confermato che i TFT operano a livello pratico.

L'elettronica stampata - tecniche di stampa per fabbricare dispositivi elettronici utilizzando materiali funzionali disciolti nell'inchiostro - sta attirando molta attenzione negli ultimi anni come un nuovo metodo promettente per creare dispositivi a semiconduttore di grandi dimensioni a basso costo. Poiché queste tecniche consentono la formazione di dispositivi elettronici anche su substrati flessibili, dovrebbero essere applicabili a nuovi campi come i dispositivi indossabili. In confronto, le tecnologie di stampa convenzionali consentono la formazione di circuiti e dispositivi con larghezze di linea strette solo alcune decine di micrometri. Di conseguenza, non sono applicabili alla creazione di piccoli dispositivi adatti all'uso pratico. Così, c'erano grandi aspettative per lo sviluppo di nuove tecniche di stampa in grado di fabbricare costantemente circuiti con larghezze di linea di diversi micrometri o meno.

In questo studio, il team di ricerca ha sviluppato una tecnica di stampa in grado di formare circuiti metallici con una larghezza della linea di 1 μm su substrati flessibili. Utilizzando questa tecnica, hanno fabbricato minuscoli TFT organici. Il principio di questa tecnica di stampa è il seguente:in primo luogo, formare micro-modelli idrofili e idrofobici sul substrato irradiandolo con ultravioletti da vuoto paralleli (PVUV) a una lunghezza d'onda di 200 nm o meno. Quindi, rivestire solo i modelli idrofili con inchiostri a nanoparticelle metalliche. L'uso di una sorgente luminosa PVUV (Ushio Inc.) ci ha permesso di focalizzare la luce emessa su bersagli molto più piccoli rispetto alle sorgenti luminose convenzionali. Inoltre, l'uso di DryCure-Au, inchiostro a nanoparticelle metalliche che può formare un film conduttivo a temperatura ambiente sviluppato da Colloidal Ink, ci ha permesso di formare dispositivi e circuiti a temperatura ambiente durante l'intero processo. Di conseguenza, siamo in grado di prevenire completamente la distorsione dei substrati flessibili dal calore, e formare e laminare circuiti con una precisione di diversi micron. Inoltre, abbiamo regolato con precisione le lunghezze di sovrapposizione dei gate dei TFT organici stampati fabbricati con questa tecnica, che in precedenza era impossibile a causa di problemi di precisione. Di conseguenza, un livello pratico di mobilità di 0,3 cm2 V-1 s-1 è stato raggiunto per i TFT organici con la lunghezza del canale di 1 μm.

Negli studi futuri, mireremo ad applicare la tecnica in vari campi come display e sensori flessibili di grande area. Poiché il processo che abbiamo sviluppato è applicabile ai materiali bio-correlati, la tecnica può essere utile anche in campo medico e bioelettronico.