הובלת פולימרים סמיך

פולימרים מוליכים למחצה מייצגים שינוי פרדיגמטי בתעשיית האלקטרוניקה, המציע גמישות חסרת תקדים, גורמי צורה קלים, וייצור יעיל עלות בהשוואה למוליכים למחצה אורגניים קונבנציונליים כגון סיליקון או תחמוצת מתכת.חומרים אורגניים אלה שואבים את המאפיינים החשמליים שלהם ממערכות קידוד אלקטרוניות מורחבות ⁇ -אלקטרוניות מתקדמות לאורך עמוד השדרה, ומאפשרות ניידות אחראית כאשר doped או photoexed.

המסע מאבקת פולימרים גדולה למכשיר אלקטרוני פונקציונלי כרוך במספר שלבים: solubilization, מחיקה, דפוס, doping, encapsulation. כל שלב מציג משתנים כי יש לשלוט בדיוק כדי להשיג תכונות חשמל הרצויות. לדוגמה, הבחירה של פתרון השפעות מתפתחות שרשראות התאמה ו אחידות סרט, בעוד תנאי נשימה יכולים לשנות את הליסטליניות ועלויות מטען המטען.

יסודות של פולימרים מוליכים למחצה ומוליכים למחצה

« חזרה לדף וטעינה

הפונקציונליות האלקטרונית של פולימרים אלה נובעת משינוי אג"ח פחמן חד-חמצני כפול - עמוד השדרה המתואם (תצורה זו יוצרת המשך של ⁇ -אוביטלים המפרקים אלקטרונים, ומאפשרים להם לנוע לאורך השרשרת.במצב ה- prisepine שלהם, פולימרים מפוזרים רבים מוליכים למחצה עם פסאגה בדרך כלל בין 1.5 ל-V e- doping - או ⁇ (אוקס) או פשטות אלקטרו-אוקסימיות (אוקסי) לעתים קרובות) של פולימרים אלקטרו-חמצני (חומרים) או מגנטיים (חומרים) (חומרים חשמליים (חומרים) (חומרים חשמליים (חומרים) או מגנטיים) (חומרים חשמליים (חומרים) (חומרים) או מגנטיים) (חומרים) (חומרים חשמליים (חומרים) (חומרים) (חומרים חשמליים (חומרים) (חומרים חשמליים (חומרים) (חומרים חשמליים (חומרים חשמליים (גנטיים חשמליים (חומרים חשמליים (חומרים חשמליים (חומרים) (חומרים) (חומרים) (חומרים) (חומרים) (חומרים) (חומרים) (חומרים חשמליים (חומרים) (חומרים חשמליים

קריסטל ומורפולוגיה

בניגוד קריסטלים אורגניים, פולימרים מתכנסים למחצה-קריסטלליין או מבני מיקרו-מרסיים.תואר של גבישיות, אוריינטציה שרשרת, וגבולות השפעה עמוקה על ניידות גבוהה.נכנסה מושגת לעתים קרובות באמצעות קצה-on או פנים-על-על-על אריזה טובה יותר בתנאי עיבוד תת-קרקעיים - כגון Soltevaporation, טמפרטורה מוגברת, ואפקטים מתקדמים יותר, אך ורק כדי לקדם תכונות פסטורנטיות גבוהות יותר.

טכניקות עיבוד גדולות עבור פולימרים מוליכים למחצה

שיטות מבוססות פתרון

עיבוד פתרון נשאר הגישה המגווןית והמאומצת ביותר עבור ייצור מכשירים אלקטרוניים פולימרים.הפולימר מתמוסס לראשונה בסוהר אורגני (למשל, chloroform, chlorobenzene, או toluene) לעתים קרובות בריכוזים החל מ 5 עד 30 מ"ג / mL. הפתרון מופקד על תת-ממדן באמצעות טכניקות שונות, המציע כל סחר- offs בין עובי, יכולת, איכות.

עקבו אחרי

ציפוי ספינ הוא שיטה קלאסית בקנה מידה מעבדה המייצרת סרטים דקים מאוד עם עוביים מעשרות ננומטרים לכמה מיקרומטרים.פתרון פולימרי הוא מופרש על תת-קרקעית כי הוא אז ספין במהירויות גבוהות (500-6000) כוחות Centrifugal להפיץ את הפתרון, ופתרון evaporation עמידים מניב סרט מוצק.

זרוק את ה-Autom and Solution Shearing

לסרטים עבים יותר או היכן פשטות היא רבת ערך, הליכוד יורד על נפח קבוע של פתרון פולימר על תת-קרקעי ומאפשר לו יבש טבעי או תחת אווירה מבוקרת. שיטה זו מניבה לעתים קרובות סרטים עם עובי בלתי אחיד ומורפולוגיה משתנה עקב אפקט הרנטגן קפה.פתרון שהיא עושה מושכת את הלהב להפיץ את הפתרון על פני המצע בסרט רטוב דק, מציעה אחידות תוך שמירה על פשטות ומהירות של לחץ דם במהירות גבוהה.

הדפסה תוך

הדפסה אינקוג'ט התפתחה כאמצעי מפתח לתבניות פולימרים מוליכים על תת-שכבות גמישות.הפולימר דיו הוא מוזרק דרך nozzle (בדרך כלל 20-50 מיקרומטר או לידה) כמו טיפות כי הקרקע על תת-קרקעית (מספר גדול של טיפולים מצטברים) כדי להשיג קווים, dots, או סרטים רצופים.

הדפסה מסך

עבור סרטים עבה (10-100 מיקרומטר) וייצור מהיר, הדפסה מסך משתמשת stencil (מסך מבויש) להעביר פס פולימרי מול תת-קרקעית. שיטה זו מועסקת באופן נרחב במרקם של לוחות מעגלים מודפסים, אנטנה של RFID, ואלקטרודות עבור דיודות אור אורגני (OLEDs מסך) הדפסה חזקה, עלות יעילה, תואם עם אזורי מטריה גבוהה (אופטי) אבל יש צורך ברזולוציה גבוהה יותר (opicial) או ירידה) לעומת רזולוציה גבוהה (אופטימית)

Vacuum Deposition ושיטות יבשות אחרות

בעוד עיבוד פתרון שולט, פולימרים מסוימים ו אנלוגיות קטנות ניתן להפקיד באמצעות טכניקות ריק, במיוחד עבור מבנים רב-שכבתיים שבהם חוסר התאמה הוא בעיה.

הערכה תרמית

הevaporation מתחת לוואקום גבוה (<10-6 Torr) משמש לחומרים אוליגומרים כמו pentacene או phthalocianines.חומר מחומם במגרש, sublimates, ו condenes על תת-קרקעי קריר יותר. שיטה זו מניבה סרטים טהורים מאוד, ללא הפסקה עם שליטה מדויקת (monolayer, דיוק גבוה, ירידה פוליקולרית עד מוליכים למחצה).

המונחים: Organic Vapor Phase Deposition (OVPD)

OVPD משתמש בגז המוביל (למשל, N2) כדי להעביר מולקולות אורגניות נשגב למצע קר.זה משלב את טוהר של evaporation ואקום עם אחידות טובה יותר על פני אזורים גדולים יותר.טכניקה זו משמשת יותר ויותר עבור תצוגות OLED אבל נשאר פחות נפוץ עבור פולימרים בעלי משקל גבוה.

המונחים: Electrochemical Deposition

אלקטרופויצ'ריזציה היא גישה ייחודית לתחתית שבה מונומר הוא מחמצן על פני משטח אלקטרודה, ויצר סרט פולימרן התנהגותי ישירות.לדוגמה, pyrrole או aniline מונומרנים בפתרון אלקטרוליטי תומך יכול להיות אלקטרו-כימיגנטימי על אלקטרודה עובדתית (למשל, ITO זכוכית או מתכת).העיפיד נשלט על ידי הפונקציונליות הכוללת, בעוד שקשה להפעיל את האלקטרומגנטיות (מפוספסת) עם אלקטרוליטית (מפסת) הוא מסוגלות גבוהה, הוא מסוגלות גבוהה, או מחוספסת, הוא מסוגלות, עם אלקטרוליטית, הוא מסוגלות גבוהה, עם אלקטרוליטית, הוא מסוגלות גבוהה, עם אלקטרוליטית, עם אלקטרוליטית, הוא מסוגלות גבוהה, עם אלקטרוליטית, או מתכת).

טיפול ופוסט-Processing Treatments

לאחר הדבקה, רוב פולימרים מגובשים דורשים מינון כדי להגיע ל מוליכות חשמלית היעד שלהם. doping כימי כרוך חשיפה חמצון (למשל, יוד, FeCl3) או צמצום סוכנים (למשל, נתרן תנומה תנופה) עבור טיפול עודף PEDOT:PS, p-type dopant PSS כבר נוכח כמו נוגד, אבל התנהגות יכול להיות overstation או מערכת ההפעלה כדי להסיר טיפול עודף (SD) על ידי טיפול תרופתי) כגון טיפול תרופתי (תוספת Sulbriing) ⁇ ) או ⁇ d) עבור טיפול תרופתי (S) ⁇ d) ⁇ (תוספת PED3 / SD) ⁇ s) עבור PSD) בנוסף ⁇ (תוספת PEDOT: PSD) ⁇ s) ⁇ s (PSS (תוספת PEDPS, p-PSS, p-PS, p-PSS, p-PSS, p-PSS, p-PS, p-PS, p-PS, p-PSS, p-PS, p-PSS, p-PS, p-PS, p-p.S, p-PS, p-p-p-p-p-p-PS, p-p.S

האנמדום annealing הוא עוד צעד מכריע לאחר עיבוד.Annaling בטמפרטורות בין 100-300 מעלות צלזיוס (בהתאם לפולימר) מסירים סלנט שאריות, מרגיע את הלחץ הפנימי, ומקדם התגבשות. nealing תרמי מהיר (RTA) או פותר vapor annealing (SVA) מציע דרכים חלופיות כדי להתאים את המורפיום ללא השפלה תרמית.

אתגרים ב-Puratives ו- Semiconductive Polymers

אחידות והתאמה

אחד המכשולים הגדולים ביותר באלקטרוניקה אורגנית הוא מגוון רחב של וריאציות פולימרית משקל, פולידיספרסיות, והתחדשות.גם עם פרמטרים עיבוד זהה, סרטים עשויים להציג שפעים שונים או התנהגות עקב שינויים עדינים בפתרון ההזדקנות או לחות מתפתלת. achieving אחידות על אזורים גדולים (למשל, 2) m1 עם חיישנים קשים עם פתרון איטי זה הם עם חיישנים מתקדמים עם משוב פתוח עם ציפוי או ציפוי אופטי.

ביצוע יציבות והתנגדות

פולימרים דופדים סובלים לעתים קרובות מדהרה לאורך זמן, במיוחד כאשר נחשפים אוויר, חום או שדות חשמליים.עבור פולימרים מסוג p-type, חמצן אטמוספירי יכול לפעול כמקבל רדודה, אבל חשיפה ממושכת מובילה לירידה בביצועים.יתר על כן, דופילים קטנים-מולקוליים יכולים להגר תחת הטיה, גרימת פרופילים הומוגניים.

פתרון לשקיפות ודאגות סביבתיות

רוב פולימרים בעלי ביצועים גבוהים דורשים חלופות אורגניות מסוכנות (chlorobenzene, dichlorobenzene, xylene) כי הם רעילים ומתמשכים לסביבה. חלופות מחוסנים ירוק כגון anisole, 2-methyltetrahydrofuran, או אפילו פיזור מבוסס מים (עבור PEDOT:PS ו sulfated פוליאני) הם צוברים אבל לעתים קרובות תשואה נמוכה יותר עבור סטנדרטים של המשחק.

יישומים שנוצרו על ידי עיבוד חידושים

תצוגות גמישות תאורה

OLEDs המבוססים על פולימרים מקודדים (P-OLEDs) נהנים מאוד ממעבדת פתרון באמצעות ציפוי דיוג'ט או ציפוי די-די (Saved hydros) , היכולת להפקיד שכבות אור על אזורים גדולים ללא ריק פותח את הדלת כדי לקבל מסכים מתואמים ותקפלים.לדוגמה, FLT:0recent עבודה על ידי Min et al.

חיישן מודפס ולבוש

רגישות פולימרים מוליכים כמו PEDOT:PSS הם אידיאליים עבור חיישני מגע עור בשל תאימות מכנית שלהם biocompatibility. ⁇ אלקטרודה מודפסת של Inkjet יכול לזהות אותות אלקטרוקרדיגרם (ECG), מתח, או טמפרטורה עם חיישנים עיבוד גבוה של עיבוד פוליקליקה, כגון רז חיישן לאחר טיפול לאחר טיפול יכול לקבוע רגישות.

אורגני Thermoelectrics

(המכשירים התרמואלקטריים של פולינר חום לחשמל, עם עיבוד תפקיד מפתח בקידוד ה-Seebeck coefficient and חשמל מוליכות בו זמנית.Dopedפולי(3-alkylthiophenes) ופולי(benzimidazophenanthroline) (BBL) הם חומרים מבטיחים.

מגמות מתפתחות וכיוונים עתידיים

בית הכנסת Layer-by-Layer (LbL)

התאספות LbL כוללת שינוי של פיזור של שכבות פולימרים מואשמים באופן הפוך (למשל, פוליפולציה ופולינזיריון) מפתרון.טכניקה זו מספקת שליטה ברמת ננומטר על עובי הסרט והקומפוזיציה, המאפשרת בדיוק ממשקים מרופדים עבור מכשירים כמו פולימר אור-מנקה תאים אלקטרו-כימיים משופרים (LECs) וחלונות אלקטרו-קשומיים.L מאפשר גם שילוב של חלקיקים או גרפים כדי ליצור תכונות מכניות עם תכונות מכניות.

עצמים עצמיים ופיתוי

בלוק copolymers המכיל פלחים מגובשים יכול ליצור באופן ספונטני nanostructures הורה (למשל,lamellae, cylinders) כאשר annealed. אלה מורולוגיות ניתן ליישר באמצעות שדות חיצוניים (חשמל, Shear, או טופוגרפיה) כדי ליצור מסלולים לרישום עבור ספקים.שלב self-assembly עם ייצור כימי עם תשואה עם ערכים עם יעילות יכול להיות גבוה יותר על ידי סדר גודל של סדר גודל של ספקים.

3D הדפסה של פולימרים מוליכים

הדפסה תלת-ממדית מבוססת Extrusion (Fed Deposition Modeling, FDM) של filaments פולימרים מוליכים היא שדה מתפתח, בעוד פולימרים טהורים הם מדי מתפתלים, מורכבים עם צינורות פחמן (CNTs) או גרפן מספיק בדלגן תרמופלסטי הם גם עמידים מודפסים ומוליכים חשמלית.

אינטליגנציה מלאכותית באופטימיזציה של תהליכים

למידת מכונה מוחלת יותר ויותר על מנת לחזות פרמטרים אופטימליים לעיבוד (solvent, טמפרטורה נשימה, רמת מינון) עבור תכונות הסרט היעד. Algorithms כגון אופטימיזציה Bayesian יכול לחקור חללים פרמטרים פרמטרים ממדיים גבוהים יותר ביעילות מאשר גישות ניסוי וטרור.לדוגמה, החוקרים השתמשו ברשתות עצביות כדי למפות פרמטרים למיפוי של עובי וחוספס עבור P3HT, תוך צמצום זמן הפיתוח על ידי 40% גישה זו לתרגום פולינזיס כדי להאיץ את האלקטרוניקה.

מסקנה

עיבוד של חומרים מוליכים למחצה ומוליכים למחצה הוא תחום מורכב עשיר שבו כימיה, פיזיקה והנדסה מתכנסים.כל טכניקה - כמו זה ספינ ציפוי, הדפסה דיוג'ט, פיזור אלקטרוכימי, או שיטות מתפתחות כמו LbL ו אופטימיזציה מונחה AI - מיישבים פשרה ייחודית בין שליטה, דרוגנות ותפקוד סופי.

לקריאה נוספת על מנגנוני התחבורה הבסיסיים, ראה את הביקורת המקיפה של ה-FLT:0 (Kaur et al. (הטבע סוקר חומרים, 2018)ראה FLT:1.