东京大学研发出高速低功率有机晶体管打印技术有望推进新的显示技术

日本东京大学使用特殊的U型金属膜图案,研制出在具有高度溶液排斥性的特殊表面上印刷有机半导体薄膜的方法,推进有机薄膜晶体管液晶屏的发展,助力未来实现低成本、大面积、轻量级和可穿戴电子产品。研究成果发表在《科学进展》上。

东京大学研发出高速低功率有机晶体管打印技术有望推进新的显示技术

金中蚀刻的有机薄膜晶体管的光学显微镜图像

需求背景

10年来,智能手机和电脑屏幕一直基于薄膜晶体管组成的显示技术。这些都是无机晶体管,所需功率极小,而且由于其广泛采用,能力已经得到了充分证明,但也有局限性。

研究目标

东京大学应用物理系的博士生Gyo Kitahara说:“我们探索改进薄膜晶体管的新方法,如新的设计或新的制造方法。例如,有机薄膜晶体管在液晶屏设备中有着光明的前景。与目前使用的无机类相比,我们期待有机类能在低成本、大面积、轻量级和可穿戴电子产品中发挥作用,特别是通过使用基于印刷的生产技术。”

技术创新

有机薄膜晶体管的想法并不新鲜,但到目前为止,业界和学术界还没有找到能否打印出这样器件的方法,从而实现设计上的革命。应用物理学系的Tatsuo Hasegawa、Kitahara及其团队,想出了在具有高度溶液排斥性(或称“冻干性”)的特殊表面上印刷有机半导体薄膜的方法。这意味着通常情况下,表面会排斥印刷晶体管结构所需的材料,这似乎有悖常理。但疏水表面负责创造晶体管结构,对其进行微调可以实现高性能。

东京大学研发出高速低功率有机晶体管打印技术有望推进新的显示技术

显微镜图像的时间序列,显示了打印微观结构的各阶段

Kitahara说,为了克服排斥性,“我们利用了一种流体特性,你可能每次用肥皂洗手时都会看到,肥皂泡可通过降低液体的表面张力来保持形状。我们推测,尽管有排斥力,但肥皂膜机制对于在疏水性表面形成薄液层应该是有效的。通过在印刷过程中形成薄液层,可以形成和生长固体半导体薄膜。”

Kitahara说:“经过反复试验,我们最终发现,使用特殊的U型金属膜图案,由于它能在冻干表面形成薄薄的液体层,似乎对薄膜的均匀生长很有效。”

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意义

有了这项创新,其他研究人员就可以在团队研究结果的基础上,继续扩大这种方法的尺寸。随着大型、灵活或可穿戴设备的大量涌现,Hasegawa团队梦想看到现实世界和虚拟世界以我们从未见过的方式融合。

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