211service.com
Udætsning af organiske skærme
Ved at bruge organiske halvledermaterialer i stedet for stift silicium er det muligt at lave energieffektive, lette og fleksible solceller og computerskærme. Men at lave enheder af organiske materialer kræver investering i helt nyt udstyr, da organiske materialer normalt ødelægges af de barske kemikalier, der er nødvendige for konventionel fotolitografi.
Organisk litografi: Denne organiske lysemitterende diode blev lavet ved hjælp af nye fotolitografiske materialer.
Nu Ortogonal , et firma baseret i Ithaca, NY, udvikler materialer, der gør det muligt at fremstille organisk elektronik på det udstyr, der bruges til at fremstille siliciumelektronik. Dette skulle også gøre det muligt at bygge mere komplekse organiske komponenter. Virksomheden har demonstreret fire prototypeenheder, herunder organiske lysdioder, fremstillet ved hjælp af nye fotolitografiske kemikalier, der er kompatible med organiske materialer.
Transistorer og skærmpixel, der er lavet af organiske materialer såsom polymerer, er langsommere end dem, der er lavet af silicium, men de kræver også mindre energi for at fungere, vejer mindre og kan laves på fleksible bagsider, hvilket gør dem attraktive til brug i skærme og solceller paneler. Men at fremstille dem kræver nyt udstyr såsom industrielle inkjet-printere. Det er bestemt et problem for organiske lysdioder og anden organisk elektronik, at meget af udstyret er håndlavet, siger Paul Semenza , senior vicepræsident kl DisplaySøg , et markedsundersøgelsesfirma. For producenter er det en stor udgift at købe helt nyt udstyr. Hvis du kunne bruge fotolitografi til at lave disse enheder, kunne du potentielt bryde den flaskehals, siger han.
Fotolitografi er standardmetoden til fremstilling af siliciumelektronik, men den er normalt uforenelig med organiske materialer, fordi den kræver skrappe kemikalier, der får dem til at nedbrydes. For at mønstre en overflade, såsom en siliciumwafer, skal overfladen først belægges med et lysfølsomt kemikalie kaldet en fotoresist. Derefter skinner lys på overfladen gennem en mønstret maske, og opløsningsmiddel påføres for at ætse de udsatte områder af fotoresisten væk, hvilket efterlader et mønster.
Orthogonal har licenseret en fotolitografiteknik udviklet af forskere ved Cornell University, der er kompatibel med organiske materialer. Teknikken, kaldet ortogonal litografi, blev opfundet af Christopher Ober og George Malliaras , begge professorer i materialevidenskab og teknik ved Cornell. Både fotoresisten og opløsningsmidlet, der transporterer det væk under ætsningsprocessen, er lavet af en usædvanlig klasse af molekyler kaldet hydrofluorethere - forbindelser, der interagerer med hinanden, men ikke med halvledende organiske materialer. Så opløsningsmidlet og fotoresisten, som Cornell-forskerne udviklede, vil ikke nedbryde de halvledende lag under litografiprocessen.
Ortogonal håber at sælge kemikalier til fremstilling af organisk elektronik ved hjælp af konventionel fotolitografi til virksomheder, der fremstiller skærme og andre enheder. Virksomheden arbejder allerede sammen med flere display- og solcelleproducenter om at udvikle produkter ved hjælp af fremstillingsmetoden.
I stedet for at bygge nye anlæg og udvikle nye processer, vil vi gøre det muligt for producenterne at bruge udstyr og viden omkring en proces, der allerede eksisterer, siger Fox Holt , administrerende direktør for Orthogonal.
Ober, der udviklede fotoresisten og opløsningsmidlet, siger, at Malliaras har taget denne proces og forbedret den til at gælde for produktionen af meget komplekse organiske transistorer, sensorer, solceller og ringoscillatorer (enheder, der konverterer jævnstrøm til vekselstrøm). Orthogonal viser i øjeblikket disse fire prototyper til potentielle kunder. Indtil videre har processen vist sig at være kompatibel med alle de organiske halvledende materialer, som gruppen har testet. Ober siger, at opløsningsmidlerne også er miljøvenlige og nemme at arbejde med. Mens de nye opløsningsmidler kan koste mere end dem, der bruges til at fremstille siliciumelektronik, bør prisen på fotoresisten være tilsvarende. Samlet set burde processen være billigere end at lave siliciumelektronik.
Ydeevnen af enheder fremstillet ved hjælp af ortogonal litografi svarer til organiske enheder fremstillet ved hjælp af andre teknikker, siger Ortogonal CTO John de Franco . Virksomhedens første produkter, som det håber at sælge om cirka et år, vil være materialer til fremstilling af organiske lysdioder. Orthogonal har bygget prototypepixel ved hjælp af teknikken. Deres effektivitet er sammenlignelig med standardenheder, og vi kigger i øjeblikket på levetider, hvilket kan være et problem med organiske displaymaterialer, siger de Franco.
Ober forventer, at ortogonal litografi gør mere avanceret organisk elektronik mulig, med lagdelte enheder, der er i stand til at udføre mere komplekse operationer. Når flerlags organiske enheder fremstilles ved hjælp af printteknikker såsom inkjet-print, forstyrrer hvert lag det foregående, siger han. Enhederne er lavet af blæk, der består af en halvleder i et opløsningsmiddel. Men opløsningsmidlet, som er nødvendigt for at printe på hinanden følgende lag, kan interagere med de halvledere, der allerede er blevet printet, med alvorlige konsekvenser for ydeevnen. Denne sammenblanding mellem lag er ikke et problem, når man laver flerlagsenheder ved hjælp af ortogonal litografi, fordi de fluorerede opløsningsmidler kun interagerer med fotoresisten og ikke med den organiske halvleder. Hvert lag kan lægges ned uden at blande sig, siger Ober.
Zhenan Bao , en lektor i kemiteknik ved Stanford University, siger, at virksomhedens tilgang er unik. Andre grupper har fokuseret på at udvikle billigere fremstillingsteknologier – hvis den oprindelige investering i udstyr ikke er medregnet, er blækstråleudskrivning og andre teknikker billigere. Men Bao forventer, at Orthogonal kan få fodfæste på displaymarkedet. Det er produkter, der ikke nødvendigvis skal være billige og til engangsbrug, så litografi kan være overkommelig, siger hun. Og at bruge eksisterende infrastruktur kan være en fordel, især for displayvirksomheder.