Elektronisten osien tulostus aerosolitekniikalla

Argonnen kansallislaboratorion tutkijoiden uuden tutkimuksen mukaan pieniä mikroelektronisia rakenteita voidaan jonain päivänä tulostaa yhtä helposti kuin sanoja paperille.

Tutkijatiimi on osoittanut, kuinka voidaan luoda kestäviä ja vähän virtaa kuluttavia transistoreita, yhdistämällä räätälöityjä musteita ja erikoistunutta painoprosessia.

Tutkijat käyttivät aerosolisuihkutulostusta, joka toimii kuten mustesuihkutulostin. Mutta tavallisen musteen sijaan siinä käytetään erityisesti nanopartikkeleista valmistettua mustetta. Tulostin muuttaa musteen hienoksi sumuksi ja suihkuttaa sitä pinnalle, jolloin elektroniset osat muodostavat kerroksia.

Toisin kuin perinteinen valmistus, joka usein vaatii kalliita laitteita ja korkeita lämpötiloja, aerosolisuihkutulostus toimii alhaisemmissa lämpötiloissa ja sillä voidaan tulostaa joustaville tai jopa 3D- pinnoille.

” Aiemmissa menetelmissä tehdyt rakenteet pystyivät toimimaan vain muutaman kerran – joskus vain 10 sykliä – ennen kuin ne vikaantuivat. Meidän laitteemme voivat toimia tuhansia syklejä ilman ongelmia.” toteaa Argonnen kemist Wei Chen, i

Näiden musteiden hienosäätöön tiimi tarkkaili nanopartikkelien kasautumista, niiden muutoksia lämmön vaikutuksesta ja kuivuneiden kalvojen stabiiliutta ja koostumusta – nämä tiedot auttoivat parantamaan musteiden koostumuksia.

Näiden painettujen rakenteiden ainesosa on vanadiinidioksidi. Tämä materiaali on erityinen, koska se voi toimia johteena tai eristeenä. Tämä kytkentäkyky on tärkeä elektronisten piirien ja muistirakenteiden valmistuksessa, jotka tallentavat ja käsittelevät informaatiota.

Transistoreissa kulkevan sähkön ohjaamiseksi tiimi käytti redox-porttina tunnettua prosessia. Eli he käyttävät kemiallista reaktiota elektronien lisäämiseen tai poistamiseen vanadiinidioksidista. Pienellä jännitteellä he voivat kytkeä transistorin päälle tai pois päältä. Tämä menetelmä on vähemmän ankara kuin muut tekniikat, jotka voisivat vahingoittaa materiaalia ja saada rakenteet kulumaan nopeasti.

Laboratoriokokeissa painetut transistorit toimivat jopa niinkin alhaisilla jännitteillä kuin 0,4–0,5 volttia ja pysyivät toiminnassa yli 6 000 päälle-pois-sykliä, mikä on paljon pidempi aika kuin aiemmissa painetuissa laitteissa. Transistori reagoivat myös nopeasti ja vaihtoivat tilaansa noin sekunnissa.

Aiheesta aiemmin:

Grafeenista väkevää mustetta elektroniikan tulostukseen

Pystysuuntaisia lasereita mikropiireille tulostaen