Устройства на основе органической электроники

Органические материалы могут быть объединены во многих активных компонентах, таких как транзисторы, диоды, различные типы датчиков, запоминающие устройства, фотоэлементы, дисплеи и батареи. Примерами пассивных элементов являются проводящие цепи, антенны, резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности.

Транзисторыявляются ключевыми компонентами многих ­электронных устройств, включая RFID-метки или объединительные платы на основе O-TFT (органические тонкопленочные транзисторы) для дисплеев, и являются стандартным элементом для большинства электрических цепей.

Конструкция типичного органического полевого транзистора показан на рис. 3.9. По существу, устройство состоит из четырех слоев: электрод затвора (gate electrod), изолятор (insulator), электроды истока (drain) и стока (source) и полупроводник (semiconductor). Электрический ток между источником (source) и электродом стока (drain) включается ­в зависимости от напряжения, прилагаемое к электроду затвора (gate). Чтобы оптимизировать характеристики транзистора, длина канала должна быть как можно меньше, а подвижность органического полупроводника должна быть настолько высокой, насколько возможно.

Примером органического устройства большой площади является фотоэлемент(рис. 3.10). Фотоэлемент состоит из четырех слоев: два электрода (один прозрачен), слой дырочного перехода и светочувствительный слой, где свет преобразуется в носитель заряда.

Рис. 9.9. Конфигурация и связи типичного OFET (органический транзистор полевого эффекта): drain – сток; source – исток; electrodes – электроды; semiconductor – полупроводник; insulator – изолятор; substrate – субстрат (основа, подложка); width – ширина; length - длина­. Толщина слоевого комплекта обычно ниже 1 мкм

Уровни технологии

Технологии, которые используются в органической электронике, располагаются в ряд процессов, основанных на групповой обработке, чистых комнат, травления в растворах, до массовых печатных процессов, способных наносить покрытия со скоростью 1 м²/с.

Ниже представлена приблизительная классификация технологий на трех различных уровнях: технология, основанная на использовании подложки(wafer level); гибридная технология; технология, основанная на использовании только способов печати.

Технология, основанная на подложке (Wafer level) включает групповую (пакетную) обработку, типично пленочные субстраты на носителе. Для обработки используется приспособленная полупроводниковая линия. Высокая разрешающая способность может быть достигнута вакуумным осаждением и/или покрытием, полученным методом центрифугирования, следуемые за оптической литографией и гравированием. Издержки производства относительно высоки.

Рис. 9.10. Типичная конфигурация для органического фотоэлемента.

Толщина набора слоев типично ниже 1 мкм

Под гибриднымитехнологиями понимают объединение нескольких технологий для обработки больших площадей: оптическую литографию, печать дисплеев и технологии печатных плат (PCB), которые используют гибкие субстраты (основания, подложки) (например, полимерные пленки или бумагу). Покрытие обеспечивается методами ценрифугирования, нанесением слоев ракелем или вакуумным напылением на большой площади. Струйная печать и лазерное копирование являются дальнейшими технологиями, которые могут входить в гибридные технологии и позволяют изготавливать электронные схемы на среднем уровне стоимости.

Рис. 9.11. Рулонная флексографская печать электронных устройств (источник: Acreo)

Полностью печатные технологииозначаютнепрерывное, автоматизированное массовое производство, использующее только печатные методы (флексографская, глубокая, офсетная печати и т.д.), гибкие основы и рулонную технологию. У этих высокопроизводительных процессов есть огромный потенциал для дешевого производства.