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喷雾印刷晶体有助于推进有机电子器件应用

日期:2016-12-12

用可印刷有机半导体油墨来替换传统硅的时候到了吗?萨里大学的科学家认为是的,特别是对于需要灵活、轻便、可穿戴和低成本的未来电子产品来讲。

单晶半导体,例如硅,作为电子设备的主干已经处于科研兴趣前沿70多年。无机单晶体通常在非常高的温度下在填充有惰性气体的特殊腔体中,使用耗时且耗能的方法由熔体生长而成。一类称为有机半导体的新型结晶材料也可以作为单晶生长,但其生长方式非常不同,即在空气中室温条件下使用基于溶液的方法,从而打开大规模生产廉价电子器件的可能性,瞄准场效应晶体管、发光二极管到医疗x射线检测器、微型激光器等许多应用。

来自英国萨里大学和国家物理实验室的研究团队在自热通讯上发表了新研究成果,首次展示了用于制造高质量、离析有机单晶的低成本、可扩展的喷印工艺。该方法适用于各种各样的半导体小分子。这些小分子可以溶解在溶剂中以制备半导体油墨,然后沉积在几乎任何基材上。重点是该方法结合抗溶剂结晶和溶液应力的优点。然后通过调整喷雾角和到基底的距离控制喷雾液滴对抗溶剂表面的冲击,从而控制晶体的尺寸,形状和取向。通过组合应用多种表征技术,包括偏振光学、扫描电子显微镜、x射线衍射、偏振拉曼光谱和场效应晶体管测试证实,这些晶体具有较高的结构质量。

这些研究对柔性电路、先进的光电探测器阵列、化学和生物传感器、机器人皮肤拉伸传感器、x射线医疗检测器、发光晶体管和二极管以及微型激光器使用的印刷电子技术应用具有直接影响。

萨里大学高级技术研究所、该研究的主要作者Maxim Shkunov博士说:这种方法是制造有机半导体单晶并控制其形状和尺寸的有力的新方法。如果我们看硅,它需要几乎15000℃来生长半导体级晶体,而钢汤匙将在这个温度下融化。制取仅1公斤硅会花费非常高额的电费,与超过2天不间断加热一个茶壶的费用一样。然后,还需要将这些硅割、抛光制成晶片。

我们可以用一个更简单的方式,完全在室温下用一个5英镑的艺术家喷雾刷制备单晶。有了这些基于碳原子的新型有机半导体,我们可以将有机油墨喷涂到任何东西上,并使我们的设备立即获得合适尺寸的晶体。

Maxim Shkunov博士继续说:诀窍是用非溶剂覆盖表面,使半导体分子漂浮在顶部,并自组装成高度有序的晶体。我们也可以通过使用发光分子击败硅来制造激光器,或者你不能用传统的硅实现的器件。这种分子晶体生长方法为可印刷有机电子产品开启了神奇的能力。(固态电子技术)

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