מוליכים למחצה אורגניים מייצגים גישה טרנספורמטיבית לפיתוח מעגלים אלקטרוניים גמישים, המאפשרים מכשירים כי הם bendable, משקל, ותואמים עם ייצור זול עלות נמוכה אלקטרוניקה מבוססת סיליקון, הדורשים תת-שכבות קשיחות ומרקם עתיר גבוה, חומרים אורגניים עמידים על פני טמפרטורות מתחת ל -200 מעלות צלזיוס, והפיקד חומרים גמישים כגון סרטים מפלסטיק, נייר, או בד זה פותח במהירות חיישנים מתקדמים של חומרים כימיים.

המונחים: Organic Semiconductors

חומרים אורגניים הם חומרים מבוססי פחמן המציגים תכונות למחצה עקב יישומים מצטברים שלהם ⁇ -electron מערכות.חומרים אלה יכולים להיות מסווגים באופן רחב לשתי קטגוריות: FLT:0 מולקולות קטנות בעיצוב מולקולרי (למשל, סיליקון מעגלי מספיק, סגסוגת אחורית) ו- C60 מלאנים) ו-FLT:2jucongateds פולימרים (pen) נמוך יותר (pon-R)

התכונות האלקטרוניות של מוליכים למחצה אורגניים יכול להיות מכוון על ידי שינוי המבנה הכימי - שינוי אורך ההדבקה, הצגת heteroatoms, או שילוב של אלקטרונים-הפצה או קבוצות אלקטרון-דוטינג. לדוגמה, פלואורנטיה יכול לשפר את יציבות האוויר ולהגדיל את קצב אלקטרון, המאפשר תחבורה N-type.

יתרונות של Semiconductors for Flexic Electronics

  • (FLT:0) גמישות מכנית:FLT:1 ומוליכים למחצה אורגניים ניתן להפקיד על מצע פלסטיק אולטרה-אין (למשל, פולימד, PET, PET, PEN) ויכול לעמוד בפני קרינית כקטן כמו כמה מ"מ ללא השפלה משמעותית בביצועים חשמליים.זה מאפשר יישומים כגון תצוגות מתגלגלות, צגים בריאותיים, וחיישנים מתאימים כי משלבים את הגוף האנושי בצורה חלקה.
  • (FLT:0)Low-Cost הפקה:FLT:1 שיטות מחיקה מבוסס פתרון - כגון הדפסה דיוג'ט, הדפסה מסך, הדפסה מתפתלת, וציפוי ספינים - משתפות בתנאים מסובכים או קרובים, ביטול הצורך בציוד ואקום יקר ועיבוד עתיר.זה מפחית באופן דרסטי את עלויות הייצור ומאפשר לגלגלים לייצור של מעגלים גדולים.
  • (FLT:0) Light Weight Design:FLT:1 אורגני Semiconductors ו substrates פולימרי שלהם הם הרבה יותר קל מאשר סיליקון וזכוכית. מעגל אורגני גמיש יכול לשקול פחות ממחצית של מעגל מקביל, אשר קריטי עבור מכשירים ניידים ולבוש שבו משקל הוא מעצור.
  • (FLT:0) שקיפות טרנספורמטיקה: FLT:1 מוליכים למחצה אורגניים רבים, במיוחד אלה המבוססים על פולימרים, הם שקופה בספקטרום הנראה כאשר מעובדים לסרטים דקים.נכס זה מנוצל בתצוגה שקופה, תצוגות ראש וחיישנים דרך חיישנים, שבו הרכיבים האלקטרוניים לא חייבים למנוע את ראיית המשתמש.
  • (FLT:0) ביו-התאמה וידידות סביבתית: אנדרל 1 (מספריים אורגניים אורגניים) הם בעלי ערך ביו-אי לא-תואמים או שניתן לסנתז ממשאבים מתחדשים, אפשרויות פתיחה לאלקטרוניקה ביו-דידה ומכשירים רפואיים מותאמים לשתייה.

מדע ובחירת

הבחירה של חומר מוליכים למחצה היא חשובה לביצועים, יציבות, ותהליך של מעגלים דיגיטליים גמישים. מדדים מרכזיים כוללים ניידות מטען, על / יחס הפוך טרנזיסטורים, יציבות מתח, והתנגדות לגורמים סביבתיים כגון חמצן, לחות ואור אולטרה סגול.

מולקולה קטנה לעומת פולימרים

(FLT:0) מוליכים למחצה אורגניים קטנים דמויי חומצה היברידית (למשל, עיפרון, טיטאן, TIPS-pentacene, DNTT) לעתים קרובות מציגים שפע גבוה יותר בשל יכולתם ליצור סרטים גבישיים גבוהים מאוד.אבל הם בדרך כלל דורשים טכניקות טיהור מדויקות יותר (למשל, לימוזינה או פתרון Shear) כדי להשיג סדר אופטימלית של LT2s) עבור ניגודיות מכנית (pcretectericericericericerams) לנטרל קומפקטית (pcate) לנטרל PT2 קומפקטית.

ביצועי מפתח

  • (FLT:0) Charge Carriermia:FLT:1 עבור מעגלים דיגיטליים, אלקטרונים ושפעי חור צריכים להיות גבוהים מספיק (בדרך כלל > 1 ס"מ2 / V) כדי לאפשר מהירויות מעבר מהירות. הניידות תלויה אריזה מולקולרית, מורפולוגיה סרט, איכות ממשק דיאלקטרי.
  • (FLT:0)/Off נוכחי Ratio: יחס גבוה 1 (106 ומעלה) נדרשים להבחין בבירור במדינות לוגיקה ולצמצם את הדליפה של הכוח.
  • (FLT:0) ,Threshold Voltage Stability:FIRLT:1 סחף מינימלי תחת לחץ הטיה ויותר מחזורי כיפוף מרובים הוא חיוני עבור ניתוח מעגלים אמין לאורך זמן.
  • חומרים (FLT:0) יציבות סביבתית: חומרים חייבים להתנגד להשפלה מחמצן ומלחות מחמצן ומלחות. Encapsulation יכול לעזור, אבל יציבות פנימית היא המועדפת.

טכניקות קירור לעיגולים גמישים

תרגום חומרים גרפיים אורגניים לתוך מעגלים דיגיטליים גמישים לחלוטין דורש מבחר זהירה של מחיקה, דפוס ושיטות קישור.תהליך ההבחנה חייב לשמר את הגמישות של תת-התחסין תוך השגת תכונות ברזולוציה גבוהה ומגעים חשמליים אמינים.

שיטות הדפסה

(הופנה מהדף ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

שיקולים

(ב) ,התמדה גבוהה (ב) , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

דפוס וחיבורים

מעבר לשכבת המוליכים למחצה, מעגלים דיגיטליים גמישים דורשים דיאלקטריות שער דפוס, מקור / דרסטי אלקטרודות, וחיבורים כי לשמור על מוליכות תחת זן Silver nanowire, פחמן nanotube, ו דיוולים מבוססי גרפן הם פופולריים עבור התנהגות גבוהה שלהם גמישות מכנית. Photolithography יכול לשמש לעתים קרובות עבור תכונות ברזולוציה גבוהה, אבל זה מוסיף מורכבות ועלולים לדרוש הדפסה מגן של מוליך נמוך (כמו חלקיקים) הוא לעתים קרובות על ידי משטח נמוך.

עיצוב מעגלים דיגיטליים גמישים

תכנון מעגלים דיגיטליים באמצעות טרנזירים אורגניים כרוך מגבלות ייחודיות בהשוואה CMOS קונבנציונליים טרנזיסטור אורגני הם בעיקר סוג של p בשל תחבורה החור הטבוע ביותר מוליכים למחצה אורגניים יציבים ביותר; חומרים מסוג n סובלים לעתים קרובות מיציבות ירודה יותר. וכתוצאה מכך, מעגלים משלימים אורגניים בדרך כלל דורשים הן p-type ו- n- n-type transistors, הדורשים התאמה חומרים זהירה ועיבוד חלופי.

התנצלות על גמישות

(ב) , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

אמינות מכנית

מעגלים גמישים חייבים לשרוד שוב ושוב, לסובבים, מתיחה (בהתאם ליישום) מתח מכני יכול לגרום סדקים בסרטים מוליכים למחצה, להשמיד אלקטרודות, או לשנות את ההתנגדות ליצירת קשר.כדי להפחית את ההשפעות הללו, החוקרים משתמשים ב- FLT:0neutral-plane הנדסהFLT:1 (אך הצבת השכבות הפעילות ליד ציר הניטרלי) ו-LT:2frac-Fresicial-Flasticial-Fericial-upicial-Fer (מחץ) עם תבניות מכניות).

« « « קיבולת ושכבות גדר

מוליכים למחצה אורגניים רגישים מאוד לחמצן ולעמוד מים, אשר יכולים ליצור מצבי מלכודות ולצמצם את הניידות. ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ -סרט באמצעות החלפת שכבות של inorganic (Al2O3, SiO2) ואורגני (parylene, Polyacrylate) חומרים מספק ביצועים גבוהים של מחסום מים מתחת 10-6 g /2 יום).

יישומים ב-Auroing Technologies

התכונות הייחודיות של מוליכים למחצה אורגניים להפוך אותם אידיאליים עבור יישומים שבהם גמישות, גורם צורה קל משקל, ועלות נמוכה הם חשובים יותר מאשר ביצועים גולמיים. כמה מגזרים הם לפתח באופן פעיל מכשירי אבטיפוס.

אלקטרוניקה

מעגלים אורגניים גמישים משולבים בצופים חכמים, להקות כושר, ותיקונים רפואיים עבור ניטור בריאות מתמשך.לדוגמה, אוסטר טבעת אורגני גמיש יכול לשמש לב של חיישן טמפרטורה אלחוטית התואמים לעור.

תצוגות גמישות

אור אורגני אור-הההזרקת דידות (OLEDs) כבר דומיננטיות מסחרית בתצוגת טלפונים חכמים והם עכשיו להיות יחד עם לוחות סרטניים גמישים סרטניים אחוריים עבור מסכים ניתן לכופף ולגלגל. חברות כמו סמסונג ו- LG הציגו אבטיפוס של מכשירים מתקפלים באמצעות מוליכים למחצה אורגניים בשני המעגלים המניעים והשכבות של אור-הפחתת אור.

חיישנים רפואיים

מעגלים דיגיטליים אורגניים יכולים לעבד אותות מחיישנים גמישים (למשל, מדצי זנים, חיישני pH, חיישני גלוקוז) ולהעביר נתונים למכשיר נייד.ההתאמה הביו-אופטפטית שלהם וחוסר יכולת להפוך אותם אטרקטיביים עבור התאמות אבחון חד-שימושיות.

טקסטיל חכם

תחריטים אורגניים ועיגולים ישירות לתוך הבד יכול ליצור בגדים כי לפקח על פרמטרים פיזיולוגיים או להתאים תכונות תרמיות. סיבים מוליכים משמשים כקישורים, ו inks למחצה אורגני מודפסים על תת-שכבות מכוונת טקסטיל. בעוד עדיין במחקר, גישה זו יכולה לחולל מהפכה צבאית, ספורט, ואפליקציית בריאות.

אתגרים ומחקר גבולות

למרות ההתקדמות המרשימה, כמה מהמכשולים נשארים לפני מעגלים גמישים אורגניים יכולים להתחרות בסיליקון ביישומים בשוק המוני.

הגבלות ניידות

(הידועים ביותר) אספקטים אורגניים (כ-10-20 ס"מ/Vs ב transistors פילים דקים) גישה לסיליקון אורמורפי, אך עדיין רחוק מסיליקון גבישי (>500 ס"מ2/Vs) עבור מעגלים דיגיטליים מורכבים הפועלים בעשרות מגה-הרץ, ניידות גבוהה יותר נדרשת מחקר ל-FLT:0sing-crystalstalsalsalsalsalsalsalsalsalsalsalsalsalsalsalsalsalsalsalsalsalsalralsalsalralralralralrirdrals (R) ו-FLT2-R.

יציבות סביבתית

חומרים אורגניים בעלי יכולות גבוהות רבים מתפוגגים במהירות כאשר נחשפים לאוויר ולאור, מה שמוביל לאובדן ביצועים במשך ימים עד שבועות. Encapsulation יכול להפחית את זה, אבל חותם מושלם הוא מאתגר על תת-שכבות גמישות.פיתוח חומרים יציבים:0intrinsally יציבה חומרים יציבים פיית'FLT:1 עם פוטנציאלים או אלקטרונים גבוהים (למשל, ⁇ , ⁇ , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

ייצור Scalability

בעוד טכניקות הדפסה הן מאוד מדרגות, השגת תכונות אלקטרוניות אחידות על אזורים גדולים (מונים מרובע) עם תשואה גבוהה נשאר קשה. Variations עובי הסרט, הדרכה מולקולרית, איכות בין-גזעית להוביל לריאציות של מכשירים למכשיר-למכשירים כי ביצועים מעגליים מדרגת. inlinelogy ו-Open-loop-loop Controls מפותחים כדי לטפל בזה.

כיוונים עתידיים ו- Outlook

עתיד המעגלים הדיגיטליים הגמיים האורגניים עשוי להיות כרוך באינטגרציה היברידית עם טכנולוגיות אחרות והמשך החדשנות החומרית.

חומרים חדשנות

חוקרים חוקרים חוקרים את ה-FLT:0 אינטגרed-ממדי hetero StructuresFLT 1 משלבים מוליכים למחצה אורגניים עם חומרים 2D אורגני (למשל, MoS2, גרפן) כדי למנף ניידות גבוהה וגמישות.FLT:2 photopatternable אורגני סמיconductorsFLT:3 מאפשר הגדרות אוטוביוגרפיות ישירות ללא שכבות, מפשט את המרקם חומרים מכניים:2Fal ReLT5 לאחר גם לאחר שיפור חומרים מכניים.

שילוב עם הסיליקון

עבור יישומים הדורשים ביצועים גבוהים (למשל, תקשורת אלחוטית, מחשוב מורכב), מעגלים אורגניים גמישים יכולים לשמש עבור רגיש כוח-עוצמה נמוכה חישה ושליטה, בעוד שבבי הסיליקון מטפלים בעיבוד נתונים.מערכות היברידיות עם טרנזיסטורים אורגניים המחוברים לצ'יפס אולטרה-אין על שבבים סיליקון substrates גמישים יכולים לשלב את הטוב ביותר של שני העולמות.

נתיבי מסחר

כמה סטארט-אפים וחברות מבוססות (למשל, PragmatIC, FlexEnable, ISORG) משווקים טכנולוגיית מעגלים גמישה אורגנית עבור יישומים כמו תקשורת ליד שדה (NFC) תגים, תוויות חכמות וחיישנים חד-פעמיים.השוק צפוי לגדול לכמה מיליארד דולר עד 2030, מונע על ידי דרישה לאינטרנט של דברים (NFC) חיישנים ואריזות חכמות.

לסיכום, מוליכים למחצה אורגניים מציעים נתיב משכנע לכיוון מעגלים אלקטרוניים גמישים, קלים, ועלות חסכוניים, בעוד אתגרים משמעותיים נשארים ביציבות חומרית, ניידות מטען וייצור בקנה מידה גדול, קצב החדשנות ממשיך להאיץ. כמו התקדמות מחקר, מעגלים גמישים אלה יהפכו ככל הנראה לחלק בלתי נפרד מחיי היומיום שלנו, מוטבע בכל דבר החל מלבוש ועד שתלים ביו-רפואיים, תוך שהוא הופך לעידן של אלקטרוניקה באמת.