Ανάπτυξη Υβριδικών (οργανικών/ανόργανων) Τρανζίστορ Με Την Τεχνική Απευθείας Εγγραφής Με Laser

Abstract

Η χρήση οργανικών υλικών σε ηλεκτρονικές διατάξεις παρουσιάζει μεγάλο ενδιαφέρον στις τεχνολογίες νέας γενιάς, γιατί συνδέεται με φθηνότερες παραγωγικές διαδικασίες, και παρέχει τη δυνατότητα να χρησιμοποιηθούν εύκαμπτα υποστρώματα. Στην παρούσα διδακτορική διατριβή έγινε χρήση της τεχνικής απευθείας εγγραφής με laser (Laser Induced Forward Transfer - LIFT) για την εκτύπωση οργανικών ημιαγωγών καθώς και ανόργανων υλικών, με τελικό στόχο την ανάπτυξη οργανικών τρανζίστορ. Κατά την τεχνική LIFT μεταφέρεται μέρος ενός υλικού από ένα υπόστρωμα (δότη) σε ένα άλλο (αποδέκτη). Ειδικότερα, ο δότης ακτινοβολείται από ένα παλμό laser με αποτέλεσμα να δημιουργεί την ώθηση μέρους του υλικού προς τον αποδέκτη. Με αυτή τη τεχνική, σχηματίζονται δομές σε στερεά φάση με διαστάσεις που καθορίζονται από τη διάμετρο του παλμού του laser στον δότη. Επιπλέον, η τεχνική είναι εφαρμόσιμη σε υγρά χαμηλού ιξώδους όσο και σε υγρά πολύ μεγάλου ιξώδους (> 100 Pa.s). Συνεπώς, μέσω της τεχνικής LIFT υγρής φάσης είναι δυνατή η εκτύπωση σύνθετων δομών από ένα μεγάλο εύρος διαλυμάτων. Τα θέματα που εξετάστηκαν στην παρούσα εργασία μπορούν να χωριστούν σε δύο ενότητες.Η πρώτη ενότητα αφορούσε στην χρήση της τεχνικής LIFT στερεάς φάσης με σκοπό την επιλεκτική εναπόθεση οργανικών ημιαγώγιμων υλικών πάνω σε υβριδικά υποστρώματα (μεταλλικές επαφές/οξειδίο του πυριτίου (SiO2) πάχους 100 ή 300 nm/ πυριτίο (Si) με προσμίξεις) για την κατασκευή οργανικών τρανζίστορ λεπτών υμενίων (OTFT) κάτω επαφών και κάτω πύλης. Πιο συγκεκριμένα εξετάστηκε η εκτύπωση μικροδομών ημιαγώγιμου πολυμερικού υλικού: i) regioregular poly(3-hexylthiophene) - P3HT, ii) Poly(3,3'''-didodecyl quarter thiophene) - PQT-12, iii) Poly(2,5-bis(3-hexadecylthiophen-2-yl)thieno[3,2-b]thiophene) - PBTTT με τελικό στόχο να παρασκευασθούν υβριδικά OTFT όπου το εκτυπωμένο πολυμερές με laser θα λειτουργεί ως ενεργό κανάλι. Χρησιμοποιώντας τη τεχνική LIFT δεν προκαλείται κάποια καταστροφή στο υπόστρωμα ή στα ηλεκτρόδια. Τα λειτουργικά τρανζίστορ που παρασκευάσθηκαν έφτασαν τιμές ευκινησίας έως 2.6x10-2 cm2/Vs. Ακόμα, μελετήθηκε η εκτύπωση πολυστρωματικών δομών που αποτελούνταν από μέταλλο/οργανικό διηλεκτρικό/οργανικό ημιαγωγό για την κατασκευή οργανικών τρανζίστορ πάνω πύλης.Η δεύτερη ενότητα της διατριβής είχε ως αντικείμενο τη μελέτη εκτύπωσης μελανιών μεταλλικών νανοσωματιδίων (Χαλκού), μέσω της τεχνικής LIFT υγρής φάσης, με σκοπό τη δημιουργία ηλεκτροδίων πηγής και υποδοχής (Source/Drain) των OTFT. Για τη μελέτη του μηχανισμού μεταφοράς/εκτύπωσης με laser, σχεδιάστηκαν πειράματα πλάγιας χρονοεξαρτώμενης απεικόνισης με στόχο την εύρεση των βέλτιστων παραμέτρων για την ελεγχόμενη εκτύπωση τέτοιων μελανιών. Σύμφωνα με τα πειραματικά αποτελέσματα διακρίνονται τρεις κύριες κατηγορίες κατά την εκτύπωση: i) της μη μεταφοράς στο υπόστρωμα αποδέκτη, ii) της εντοπισμένης εκτύπωσης σε σταγόνες υψηλής διακριτικής ικανότητας, iii) της εκτύπωσης ακανόνιστων δομών. Εν συνεχεία, εξετάστηκε η διαδικασία εκτύπωσης υγρών γραμμών μελανιών χαλκού και τέλος, σε αυτές ακολούθησε διαδικασία πυροσυσσωμάτωσης για τη δημιουργία αγώγιμων δομών και η χαμηλότερη ειδική αντίσταση που μετρήθηκε ήταν περίπου 40 φορές της τιμής που δίνει ο προμηθευτής.