완전 잉크젯

May 24, 2023

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 10887(2022) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

기존의 진공 기반 처리 기술과 관련하여 잉크젯 인쇄는 트랜지스터 및 다이오드와 같은 기본 전자 요소의 제조 규모를 확대할 수 있습니다. 우리는 NOT 논리 게이트로 작동할 수 있는 유기 전압 인버터를 포함하여 완전히 잉크젯으로 인쇄된 유연한 전자 회로를 제시합니다. 이러한 목적을 위해 폴리(4-비닐페놀)을 함유하는 게이트 유전층 및 폴리[2,5-(2-옥틸도데실)-3,6-디케토피롤로피롤-알트-5,5를 포함하는 반도체층을 제조하기 위해 특수 잉크 조성물을 제제화했습니다. -(2,5-디(티엔-2-일)티에노[3,2-b]티오펜)]. 인쇄된 광산화된 폴리(3-헥실티오펜) 반도체가 저항기의 활성층으로 사용되었습니다. 인쇄된 인버터와 NOT 논리 게이트의 작동은 장치의 DC 전류-전압 특성을 기반으로 분석되었습니다. 대기에 대한 장치의 저항성도 테스트되었습니다. 주변 조건에서 3년 동안 보관된 캡슐화되지 않은 샘플입니다. 수분을 제거하기 위해 어닐링한 결과 새로 인쇄된 샘플과 비교하여 전기적 매개변수가 변하지 않은 것으로 나타났습니다.

잉크젯 인쇄는 유기 전자 장치를 제조하는 가장 유망한 방법 중 하나입니다. 인쇄된 패턴을 쉽게 변경할 수 있기 때문에 이 방법은 프로토타입 및 사내 소형 전자기기 개발에 매우 ​​적합합니다. 3D 프린터와 마찬가지로 잉크젯 프린터는 산업 규모로 유기 전자 제품을 제조하는 데 사용할 수 있을 뿐만 아니라 가정과 작업장에서 소규모 전자 프로젝트를 준비하는 데에도 사용할 수 있습니다. 잉크젯 인쇄에는 고온, 진공, 리소그래피 또는 기타 값비싼 감산 방법이 필요하지 않습니다1. 더욱이, 전자 소자는 유연하고 투명한 포일2,3에서 생산될 수 있습니다. 그러나 먼저 잉크 공식과 인쇄 매개변수를 최적화해야 합니다4,5,6.

완전 잉크젯 인쇄 유기박막 트랜지스터(OTFT)는 수년 동안 제조되어 왔습니다7,8,9,10,11,12. 일반적으로 인쇄된 OTFT의 전기적 매개변수는 기존 기술로 생산된 트랜지스터의 전기적 매개변수보다 일반적으로 더 나쁩니다. 그러나 시간이 지남에 따라 장기적인 안정성과 관련된 주요 문제는 해결되지 않은 상태로 남아 있습니다13,14. 이는 잉크젯 인쇄가 필름의 형태와 재료의 정교함에 대한 제어력이 떨어지기 때문입니다15. 이러한 문제는 상용화 이전에 실험실에서 해결되어야 하며 잉크젯 인쇄의 실제 구현이 산업용 및 가정용으로 진행될 수 있습니다. 보다 복잡한 전자 장치를 인쇄하려면 이전에 인쇄된 레이어5,16,17 표면에 레이어를 인쇄하는 과정에 대한 매우 정밀한 연구가 필요합니다.

유용한 논리 기능을 수행할 수 있는 가장 간단한 전자 요소 중 하나는 NOT 논리 게이트로 작동하는 전압 인버터입니다. 전체 잉크젯 인쇄 논리 게이트는 두 가지 구성으로 생산될 수 있습니다. 즉, 동시에 작동하는 p형 및 n형 트랜지스터의 상보적인 쌍이 있는 회로에서 또는 하나의 트랜지스터와 하나의 저항기가 단일 전압 인버터에서 작동하는 단극 구성에서 생산될 수 있습니다. 단락된 게이트와 소스 전극이 있는 트랜지스터는 종종 저항기로 사용됩니다. 인쇄 논리 게이트에 대한 대부분의 이전 연구에서 인쇄는 하나의 레이어 또는 일부 레이어(예: 전극 및 반도체)에만 적용하는 데 사용되었습니다. 유전체와 같은 다른 층은 다른 방법으로 증착되었습니다. 반도체 층은 일반적으로 유기 반도체 또는 탄소 나노튜브기반으로 시판되는 잉크로 인쇄됩니다. 완전 잉크젯 인쇄 장치는 여전히 드물며, 주요 이유 중 하나는 잉크젯 인쇄 기술이 아직 충분히 숙달되지 않았기 때문입니다. 전극, 전류 전도성 경로, 유전체 및 반도체 층과 같은 모든 구성 요소가 완전히 잉크젯 인쇄 기술을 사용하여 제조된 NOT 게이트에 대한 문헌 보고는 상대적으로 적습니다. TIPS-펜타센 용액을 사용한 잉크젯 인쇄로 기판에 반도체 층을 적용한 완전히 인쇄된 논리 게이트는 참고문헌 18,23에 설명되어 있습니다. 논리 게이트의 저항은 게이트와 트랜지스터의 소스 전극을 연결하여 얻어졌습니다. 이러한 논리 게이트가 제대로 작동하려면 저항이 온 상태의 채널 저항보다 훨씬 높고 오프 상태의 트랜지스터 저항보다 훨씬 낮아야 합니다. 일부 보고서에 따르면 저항이 높은 저항기를 인쇄하는 것은 어렵습니다. Jung et al.24은 PEDOT:PSS라고 불리는 폴리(3,4-에틸렌-1,4-디옥시티오펜)과 술폰화 폴리스티렌의 혼합물을 사용하여 잉크젯 인쇄로 제조된 저항기의 특성을 설명했습니다. 저항은 두 개의 은 전극을 연결하는 PEDOT:PSS 라인 형태로 인쇄되었습니다. 이는 폴리머의 농도를 줄이고 인쇄층(낮은 두께)의 액적 사이의 간격을 늘려 달성되었습니다. 여러 레이어를 서로 겹쳐 인쇄하면 결과 저항기의 저항이 약간 감소할 수 있습니다. 이러한 전략을 통해 요구 사항에 따라 저항을 조정할 수 있었습니다.