Semiconduttori compositi super flessibili per display stampati di nuova generazione
Gli scienziati del Department of Materials Engineering, Indian Institute of Science (IISc), hanno sviluppato un materiale semiconduttore composito super flessibile che può avere possibili applicazioni in display flessibili o curvi di prossima generazione, telefoni pieghevoli ed elettronica indossabile.
I dispositivi a semiconduttore tradizionali, come i transistor, gli elementi costitutivi della maggior parte dei circuiti elettronici, utilizzati nelle industrie dei display sono realizzati in silicio amorfo o ossidi amorfi, entrambi non flessibili e tolleranti alla deformazione. L’aggiunta di polimeri ai semiconduttori di ossido può aumentare la loro flessibilità, ma c’è un limite a quanto può essere aggiunto senza compromettere le prestazioni del semiconduttore.
Nel presente studio, pubblicato su Advanced Materials Technologies , i ricercatori hanno trovato un modo per fabbricare un composito contenente una quantità significativa di polimero – fino al 40% del peso del materiale – utilizzando una tecnica di processo in soluzione, in particolare la stampa a getto d’inchiostro. Al contrario, studi precedenti hanno riportato solo fino all’1-2% di aggiunta di polimero. È interessante notare che l’approccio ha consentito di mantenere inalterate le proprietà semiconduttive del semiconduttore di ossido con l’aggiunta del polimero. La grande quantità aggiunta di polimero ha anche reso il semiconduttore composito altamente flessibile e pieghevole senza deteriorarne le prestazioni.
Il semiconduttore composito è costituito da due materiali: un polimero insolubile in acqua come l’etilcellulosa che fornisce flessibilità e l’ossido di indio, un semiconduttore che apporta eccellenti proprietà di trasporto elettronico. Per progettare il materiale, i ricercatori hanno mescolato il polimero con il precursore dell’ossido in modo tale da formare canali di nanoparticelle di ossido interconnessi (intorno a isole polimeriche separate in fase) attraverso i quali gli elettroni possono spostarsi da un’estremità all’altra di un transistor (sorgente) (drain), garantendo un flusso di corrente costante. La chiave per formare questi percorsi collegati, hanno scoperto i ricercatori, è stata la scelta del giusto tipo di polimero insolubile in acqua che non si mescoli con il reticolo di ossido durante la fabbricazione del semiconduttore di ossido. “Questa ‘separazione di fase’ e la formazione di isole ricche di polimeri aiuta ad arrestare le cricche,
I materiali semiconduttori sono generalmente fabbricati utilizzando tecniche di deposizione come lo sputtering. Invece, il team di Dasgupta utilizza la stampa a getto d’inchiostro per depositare il proprio materiale su vari substrati flessibili che vanno dalla plastica alla carta. Nel presente studio è stato utilizzato un materiale polimerico chiamato Kapton. Proprio come le parole e le immagini stampate su carta, i componenti elettronici possono essere stampati su qualsiasi superficie utilizzando speciali inchiostri funzionali contenenti materiali elettricamente conduttori, semiconduttori o isolanti. Tuttavia, ci sono sfide. “A volte è molto difficile ottenere un film continuo e omogeneo. Pertanto, abbiamo dovuto ottimizzare alcuni protocolli, ad esempio preriscaldando lo strato semiconduttore stampato sul substrato Kapton prima della ricottura ad alta temperatura”, spiega il primo autore Mitta Divya, ex studente di dottorato presso il Dipartimento di Ingegneria dei Materiali e attualmente postdoc presso la King Abdullah University of Science and Technology (KAUST), Arabia Saudita. Un’altra sfida è garantire le giuste condizioni ambientali in cui l’inchiostro può essere stampato. “Se l’umidità è troppo bassa, non è possibile stampare perché l’inchiostro si asciuga all’interno dell’ugello”, afferma Subho Dasgupta.
Aggiunge che in futuro tali semiconduttori stampati potranno essere utilizzati per fabbricare schermi televisivi completamente stampati e flessibili, dispositivi indossabili e grandi cartelloni elettronici insieme a front-end di display a diodi organici a emissione di luce (OLED) stampati. Questi semiconduttori stampati saranno a basso costo e facili da produrre, il che potrebbe potenzialmente rivoluzionare l’industria dei display. Il suo team ha ottenuto un brevetto per il loro materiale e prevede di testarne la durata di conservazione e il controllo di qualità da dispositivo a dispositivo prima che possa essere ridimensionato per la produzione di massa. Hanno anche in programma di cercare altri polimeri che possano aiutare a progettare tali semiconduttori flessibili.
CREDITO
Jyoti Ranjan Pradhan