Получены первые гибкие транзисторы, пригодные для 3D-печати

Ученые Пенсильванского университета разработали технологию производства транзисторов на основе коллоидных нанокристаллических растворов. Хотя 3D-печать в исследованиях не применялась, сама суть экспериментов направлена на исследование возможности аддитивного производства транзисторов при наличии подходящих материалов. Исследовательская команда под руководством профессора Шери Каган разработала четыре вида чернил, обладающих необходимыми электрическими свойствами, и использовала их в экспериментальном процессе производства полупроводниковых устройств.Как сделать полевой транзистор на основе нанокристаллов? Команда взяла нанокристаллы (сферические наночастицы) с необходимыми для построения транзистора электрическими свойствами и развела их в нескольких вариантах жидкостей (этот момент неясен, но возможно, что речь идет о фотополимерных смолах). Коллоидные растворы серебра, оксида алюминия, селенида кадмия и смеси серебра с индием были использованы в качестве проводников, изоляторов, полупроводников и проводников с легирующими добавками. В качестве подложки транзисторов использовались гибкие полимерные субстраты.

«Эти материалы – коллоиды, подобные чернилам в обычном струйном принтере», – поясняет профессор Каган. «При этом они обладают проводящими, полупроводящими и изолирующими характеристиками, аналогичными массово используемым материалам». Как отмечают разработчики, новый процесс отличается технологической простотой, не требуя обработки при высоких температурах или использования вакуумных камер. Так как все используемые материалы пригодны для напыления, становится возможной струйная 3D-печать полупроводниковых устройств. В свою очередь, 3D-печать транзисторов на гибких полимерных субстратах откроет новые возможности в создании портативных, носимых электронных устройств.

«Главная трудность при работе с растворами заключалась в том, чтобы не смывать нанесенные материалы новыми слоями. В итоге нам приходилось подвергать нанокристаллы обработке дважды – в составе растворов и после нанесения. Таким образом нам удалось добиться необходимых проводящих характеристик и желаемой конфигурации», – рассказывает профессор Каган.Процесс наслоения материалов показан на иллюстрациях: первым делом на полимерную подложку, обработанной с помощью масочной фотолитографии, наносится слой проводящего раствора серебра, играющий роль затвора. Слой выравнивается и доводится до необходимой толщины центрифугированием, после чего маска удаляется. После этого центрифугированием же наносится слой диэлектрика (оксида алюминия), а затем следует материал с полупроводниковыми свойствами – селенид кадмия. Все это покрывается масочным рисунком индий-серебряной смеси, формирующим сток и исток. Создание транзисторов на больших поверхностях и при низких температурах является одной из целей в разработке интернета вещей – в частности, гибкой, носимой электроники. Хотя все необходимые аспекты новой технологии еще не проработаны, проведенные эксперименты демонстрируют высокий потенциал полученных материалов и возможность их применения в массовом аддитивном производстве. Полный доклад о проведенных исследованиях опубликован в журнале Science.