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Incisione di display organici
Utilizzando materiali semiconduttori organici invece del silicio rigido, è possibile realizzare celle solari e display per computer efficienti dal punto di vista energetico, leggeri e flessibili. Ma realizzare dispositivi con materiali organici richiede investimenti in attrezzature completamente nuove, poiché i materiali organici vengono normalmente distrutti dalle sostanze chimiche aggressive necessarie per la fotolitografia convenzionale.
Litografia organica: Questo diodo organico a emissione di luce è stato realizzato utilizzando nuovi materiali fotolitografici.
Ora Ortogonale , un'azienda con sede a Ithaca, New York, sta sviluppando materiali che consentiranno la produzione di elettronica organica sulle apparecchiature utilizzate per realizzare l'elettronica al silicio. Ciò dovrebbe anche consentire di costruire componenti organici più complessi. L'azienda ha dimostrato quattro dispositivi prototipo, inclusi diodi organici a emissione di luce, realizzati utilizzando nuovi prodotti chimici per fotolitografia compatibili con i materiali organici.
I transistor e i pixel del display realizzati con materiali organici come i polimeri sono più lenti di quelli in silicio, ma richiedono anche meno energia per funzionare, pesano meno e possono essere realizzati su supporti flessibili, il che li rende attraenti per l'uso in display e pannelli solari pannelli. Ma la loro produzione richiede nuove attrezzature come le stampanti a getto d'inchiostro industriali. È sicuramente un problema per i diodi organici a emissione di luce e altri dispositivi elettronici organici che gran parte dell'attrezzatura è fatta a mano, afferma Paolo Semenza , vicepresidente senior presso VisualizzaRicerca , una società di ricerche di mercato. Per i produttori, l'acquisto di apparecchiature completamente nuove è una spesa importante. Se potessi usare la fotolitografia per realizzare questi dispositivi, potresti potenzialmente rompere quel collo di bottiglia, dice.
La fotolitografia è il metodo standard per realizzare l'elettronica al silicio, ma normalmente è incompatibile con i materiali organici perché richiede sostanze chimiche aggressive che ne provocano la rottura. Per modellare una superficie come un wafer di silicio, la superficie deve essere prima rivestita con una sostanza chimica sensibile alla luce chiamata fotoresist. La luce viene quindi irradiata sulla superficie attraverso una maschera a motivi e viene applicato del solvente per incidere le aree esposte del fotoresist, lasciando un motivo.
Orthogonal ha concesso in licenza una tecnica di fotolitografia sviluppata dai ricercatori della Cornell University che è compatibile con i materiali organici. La tecnica, chiamata litografia ortogonale, è stata inventata da Christopher Ober e George Malliaras , entrambi professori di scienza dei materiali e ingegneria alla Cornell. Sia il fotoresist che il solvente che lo porta via durante il processo di incisione sono costituiti da una classe insolita di molecole chiamate composti idrofluoroeteri che interagiscono tra loro ma non con materiali organici semiconduttori. Quindi il solvente e la fotoresist sviluppati dai ricercatori della Cornell non degraderanno gli strati semiconduttori durante il processo di litografia.
Ortogonale spera di vendere prodotti chimici per la produzione di elettronica organica utilizzando la fotolitografia convenzionale ad aziende che producono display e altri dispositivi. L'azienda sta già lavorando con diversi produttori di display e solari per sviluppare prodotti utilizzando il metodo di produzione.
Invece di costruire nuovi impianti e sviluppare nuovi processi, vogliamo consentire ai produttori di utilizzare attrezzature e conoscenze attorno a un processo già esistente, afferma volpe Holt , CEO di Orthogonal.
Ober, che ha sviluppato il fotoresist e il solvente, afferma che Malliaras ha preso questo processo e lo ha migliorato per applicarlo alla produzione di transistor organici molto complessi, sensori, celle solari e oscillatori ad anello (dispositivi che convertono la corrente continua in corrente alternata). Orthogonal sta attualmente mostrando questi quattro prototipi ai potenziali clienti. Finora, il processo si è dimostrato compatibile con tutti i materiali semiconduttori organici che il gruppo ha testato. Ober dice che i solventi sono anche rispettosi dell'ambiente e facili da lavorare. Anche se i nuovi solventi possono costare di più di quelli usati per produrre l'elettronica al silicio, il prezzo del fotoresist dovrebbe essere equivalente. Nel complesso, il processo dovrebbe essere più economico rispetto alla produzione di componenti elettronici in silicio.
Le prestazioni dei dispositivi realizzati utilizzando la litografia ortogonale sono equivalenti a dispositivi organici realizzati con altre tecniche, afferma il CTO di Orthogonal Giovanni di Franco . I primi prodotti dell'azienda, che spera di vendere tra circa un anno, saranno materiali per realizzare diodi organici a emissione di luce. Orthogonal ha costruito prototipi di pixel utilizzando la tecnica. La loro efficienza è paragonabile ai dispositivi standard e attualmente stiamo esaminando la durata, che può essere un problema con i materiali di visualizzazione organici, afferma de Franco.
Ober si aspetta che la litografia ortogonale renda possibile un'elettronica organica più avanzata, con dispositivi a strati in grado di eseguire operazioni più complesse. Quando i dispositivi organici multistrato vengono realizzati utilizzando tecniche di stampa come la stampa a getto d'inchiostro, ogni strato disturba il precedente, afferma. I dispositivi sono realizzati con inchiostri costituiti da un semiconduttore in un solvente. Ma il solvente, necessario per stampare strati successivi, può interagire con i semiconduttori già stampati, con gravi conseguenze per le prestazioni. Questa mescolanza tra gli strati non è un problema quando si realizzano dispositivi multistrato utilizzando la litografia ortogonale perché i solventi fluorurati interagiscono solo con il fotoresist e non con il semiconduttore organico. Ogni strato può essere posizionato senza mescolarsi, afferma Ober.
Zhenan Bao , professore associato di ingegneria chimica presso la Stanford University, afferma che l'approccio dell'azienda è unico. Altri gruppi si sono concentrati sullo sviluppo di tecnologie di produzione più economiche: se non si tiene conto dell'investimento iniziale in attrezzature, la stampa a getto d'inchiostro e altre tecniche sono più economiche. Ma Bao si aspetta che Orthogonal possa prendere piede nel mercato dei display. Questi sono prodotti che non saranno necessariamente economici e usa e getta, quindi la litografia potrebbe essere conveniente, dice. E l'utilizzo dell'infrastruttura esistente potrebbe essere un vantaggio, soprattutto per le aziende di display.