Massive integrierte Schaltkreise in einem Durchgang gedruckt mit fortschrittlicher Siebdrucktechnologie

Forscher haben komplette integrierte Schaltkreise mit mehr als 1.000 organischen elektrochemischen Transistoren gedruckt. Das Drucken elektronischer Schaltkreise mit einer Leitungsbreite von ca. 100 Mikrometern stellt hohe Anforderungen an die Drucktechnologie. Um das Problem zu lösen, entwickelte das Team Siebdruckrahmen mit Sieben, die extrem feine Linien drucken können, und Druckfarbe mit den richtigen Eigenschaften. Das verwendete Material ist das Polymer PEDOT:PSS.

Mindestens drei Herausforderungen wurden bewältigt: Reduzierung der Schaltkreisgröße, Erhöhung der Qualität, sodass die Wahrscheinlichkeit, dass alle Transistoren im Schaltkreis funktionieren, so nah wie möglich an 100 % liegt, und Lösung der Integration mit den siliziumbasierten Schaltkreisen, die zur Signalverarbeitung und Kommunikation mit der Umgebung benötigt werden.

Gedruckte Schaltkreise wurden verwendet, um eine Schnittstelle mit herkömmlichen siliziumbasierten elektronischen Komponenten zu schaffen. Mehrere Arten von gedruckten Schaltkreisen basierend auf organischen elektrochemischen Transistoren wurden gebaut. Eine davon ist ein Schieberegister, das eine Schnittstelle bilden und den Kontakt zwischen dem siliziumbasierten Schaltkreis und anderen elektronischen Komponenten wie Sensoren und Displays handhaben kann. Dies resultiert in einem Siliziumchip mit weniger Kontakten, der einen kleineren Bereich benötigt und kostengünstiger ist.

Die Entwicklung von Tinte für den Druck dünner Linien und Verbesserungen der Siebdruckrahmen trugen nicht nur zum Miniaturisierungsprozess bei, sondern auch zur Erreichung höherer Qualität. Mehr als 1.000 organische elektrochemische Transistoren können auf einem A4-großen Kunststoffsubstrat platziert und auf verschiedene Weise verbunden werden, um verschiedene Arten von gedruckten integrierten Schaltkreisen zu erstellen.

Diese Large-Scale Integrated Circuits (LSI) können beispielsweise verwendet werden, um ein elektrochromisches Display anzusteuern – selbst als gedruckte Elektronik hergestellt – oder einen anderen Teil der Online-Elektronikwelt, die das Internet der Dinge mitbringt.