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用雷射“寫”出來的電晶體

2011/02/08 | 未分類 |

Original publish date:Jan 25, 2003

編輯 Agape 報導

杜邦公司(DuPont)與貝爾實驗室(Bell Laboratories)的科學家們, 使用一種熱顯影技術﹐可以達成將導電聚合物(conducting polymer)連續且多層地成長。對大面積導電聚合物元件的製造﹐有極大的幫助。

導電或半導體聚合物所製成的電子元件﹐由於有輕﹑薄﹑短小﹐製造成本低﹐良率高的發展潛力﹐近年來一直是科學家們所努力的目標。到目前為止﹐深具巧思的科學家們﹐已經可以利用如噴墨﹑染印﹑蝕刻﹑以及壓印等方式﹐製成薄膜電晶體(thin film transistor, TFT) 。但是﹐因為這些製造過程中通常需要使用到特殊液體﹐使其無法與傳統的半導體製程整合﹐無形中提高了製造的成本﹐及降低該製程代替傳統製程的可能性。針對這個技術上的瓶頸﹐杜邦公司(DuPont)的Graciela B. Blanchet與其同事﹐便利用其開發已有十年的熱顯影技術(thermal imaging) ﹐與貝爾實驗室(Bell Laboratories) 科學家們聯手合作﹐嘗試著為有機化合物電子元件的製造﹐找出一條新的道路。

所謂的熱顯影技術﹐主要是將一稱為"donor"層的材料﹐其中含有一透明的基版層﹑在其上有一層具良好光吸收特性(具高“光-熱轉換率“)的金屬﹑以及所要轉印的有機化合物﹐與另一稱為"receiver" 層的材料﹐在真空中貼在一起。然後以適當功率的雷射光束﹐經由電腦控制回路﹐在donor層上描出所要轉印的圖案。而由於金屬層會將自雷射光吸收的能量迅速轉換成熱﹐在對應的金屬-有機化合物介面﹐會因受熱膨脹而產生氣泡﹐將該區域的有機化合物自介面剝離並使其吸附到receiver層上﹐如此就達成了轉印的效果。

Blanchet等人﹐選擇DNNSA-PANI(dinonyl naphthalene sulfonic acid-polyaniline) 作為所要轉印的有機化合物材料﹐並將具紅外光波長的雷射二極體分成250束大小為2.7umX5um的像素(pixel) ﹐用來作為實施熱顯影的熱源。此外﹐為了提高DNNSA-PANI的導電度(作為電晶體的源極與閘極) ﹐他們在其中攙入了3%的單壁碳奈米管(single wall carbon nanotube, SWNT) 。他們透過熱顯影技術﹐以一種由杜邦所發明的聚合物Mylar為底部電極﹐製造出具寬750um﹑長22um導電通路的電晶體﹐並且測量元件的特性曲線(電流-電壓曲線) 。

他們發現﹐所製成的電晶體具有與其它有機化合物電晶體相近的表現﹐其導通/斷路比甚至超過1000﹐代表元件的電流-電壓控制特性良好。此外﹐根據由飽和電流的數據﹐他們計算出電子的移動率(mobility) 是0.3 cm2/Vs﹐與使用Au作為源極與閘極材料所得到的0.15 cm2/Vs相近﹐甚至更好。

更進一步地﹐ Blanchet等人也使用熱顯影技術﹐製造出含5000個電晶體的TFT積體電路。其中單一電晶體的最小線寬為20um﹐整個TFT積體電路面積達4000 cm2。這樣的TFT積體電路其特性曲線﹐與單一電晶體的表現相近﹐證明熱顯影技術在大面積﹑高良率等方面已達到一定程度的水準。

Blanchet等人表示﹐要使用熱顯影技術製造TFT﹑甚至其它有機化合物元件﹐仍有許多技術上的問題需要解決(如有機材料在高熱下不夠穩定)﹐也因此在商業化或上線量產仍有一段距離。但是由於這項技術具備製程簡單﹑高良率﹑能與傳統半導體製程整合等優點﹐ 他們對於未來將其應用在高產能﹑大面積的有機化合物電子元件上﹐仍是抱持樂觀的態度。所以﹐說不定在不久的將來﹐我們可以在晶圓廠裡見到工程師們正在用看似雷射印表機的機器﹐製造下一代的平面顯示螢幕呢。

原始論文:

Graciela B. Blanchet et al., Large area, high resolution, dry printing of conducting polymers for organic electronics, Applied Physics Letters 82, 463 (2003)

參考來源:

本文版權聲明與轉載授權資訊:

  • [Feb 20, 2003] 不再溶解的有機發光二極體

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