קריסטל של אורגני אלקטרוניקה גמישה

אלקטרוניקה גמישה מעצבת מחדש את הנוף של הטכנולוגיה המודרנית, מבטיח משקל, מצופה, ומכשירים מאוד מתאימים שניתן לשלב בתוך בגדים, כתמים רפואיים, ומציגים מתקפלים בלב המהפכה הזו משקרים מוליכים למחצה אורגניים - חומרים המבוססים על פחמן המשלבים את התכונות החשמליות של מוליכים למחצה עם גמישות מכנית ותהליכיות דלת-טמפרטורה נמוכה של פלסטיק.

הבנה של Semiconductors

מרכיבים אורגניים הם חומרים מבוססי פחמן כי יכול לנהל חשמל באמצעות הדלקליזציה של ⁇ -electrons לאורך עמוד השדרה המולקולרי שלהם.הם מסווגים לשתי קטגוריות עיקריות: מולקולות קטנות (למשל, פניציאן, שפשף, שפשף, C60) ופולימרים (למשל, P3, HTB7). בניגוד למקביליהם האורגניים, חצי-מול יכול להיות מצופה משיטות הפעלה גמישות כגון ספין-אובייטקטיביות, כגון ספין-אופטיות-אופטיקה, כגון מקיפים-אופטיקה גבוהה, מקיפים, מקיפים, מקיפים, מקיפים, מקיפים מקיפים מקיפים מקיפים מקיפים מקיפים מקיפים מקיפים מקיפים מקיפים מקיפים מקיפים מקיפים מקיפים מקיפים מקיפים מקיפים מקיפים מקיפים מקיפים מקיפים מקיפים מקיפים מקיפים מקיפים מקיפים מקיפים מקיפים מקיפים מקיפים מקיפים מקיפים מקיפים מקיפים מקיפים מקיפים מקיפים מקיפים מקיפים מקיפים מקיפים מקיפים מקיפים מקיפים מקיפים מקיפים מקיפים מקיפים מקיפים מקיפים מקיפים מקיפים מקיפים מקיפים מקיפים מקיפים מקיפים מקיפים מקיפים מקיפים מקיפים מקיפים מקיפים מקיפים

תחבורה במוליכים למחצה אורגני מתרחשת באמצעות הצטברות בין מדינות מקומיות או באמצעות תחבורה דמוית להקה בגבישים מסודרים מאוד.יעילות התחבורה הזו היא לכמת על ידי ניידות נושאת מטען (μ), אשר משפיע ישירות על מהירות המכשיר והפלט הנוכחי.בהפרעה, סרטים amorphous, ניידות מוגבלת לעתים קרובות ל - 10 -2 מוליכים V-1 , בעוד גבישי גבוה יכול להשיג ערכים 102- 1 למולקולות קטנות ( 1) 1- 1- 1- 1- 1- 1- 1- 1- 1- 1- 1- 1- 1- 1- 1- 1- 1- 1- 1- 1- 1- 1- 1- 1- 1- 1 {\displaystyle 1 {\displaystyle 1 {\displaystyle \ 1 {\displaystyle \ 1 {\displaystyle \ 1 {\displaystyle \ 1 {\displaystyle \ 1 {\displaystyle \ 1\1}

התפקיד של Crystallization

Crystallization הופך את הצטברות מולקולריות מופרכות לסידורים מסודרים, תקופתיים.במוליכים למחצה אורגניים, הזמנה זו מפחיתה את ההפרעה האנרגטית, מורידה את אנרגיית ההפעלה עבור היגוי, ואפילו יכולה לקדם תחבורה דמוית להקה.התוצאה היא עלייה דרמטית בהובלת מטען, לעתים קרובות על ידי הזמנות של גודל.בנוסף, סרטים גבישיים מציגים יציבות סביבתית טובה יותר, כי מולקולות מתוחות נגד חמצן ולחות, אשר באופן אחר, ביצועים אחרים, אחרת, ביצועים דה-דרג.

הקורלציה בין גבישי וביצוע המכשיר הוקמה היטב.לדוגמה, ב-Orcal-אפקט טרנזיסטורים (OFET), גודל הדגנים, אוריינטציה, וסדר קריסטלוגרפיה של שכבת המוליכים למחצה קובע את מוליכות הערוץ ויחס / או על- off. בדומה, ב photovoltaics אורגני (OPs), דומיינים גבישיים להקל על פירוק חומרים של פיזור מטען וטעינה, בעוד שביחס אור אורגני (OPT) יכול לשפר את הגמישות מלחיצה על ידי לחץ אגרסיבית לחץ על ידי לחץ חיצוני (OLED) או מגבלות לחץ מגנטיות, כלומר, או מגבלות לחץ מגנטיות, כלומר, או מגבלות לחץ אגרסיביות, כגון:

Amorphous vs. Crystalline Organic Semiconductors

סרטים אורגניים amorphous חסרים סדר ארוך טווח; הם קלים לעבד ולעתים קרובות מאוד שקוף, אבל סובלים ניידות נמוכה ותנודות מלכודות גבוהות. סרטי קריסטל, לעומת זאת, לספק ניידות גבוהה יותר ויציבות טובה יותר אבל הם יותר מאתגר להפקיד באופן אחיד על אזורים גדולים, במיוחד על תת-שכבות גמישות כי אולי יש משטחים גסים או לא אחידים.

שיטות קריסטל

מגוון רחב של שיטות פותחו כדי לגרום ולשלוט קריסטליזציה בסרטים זעירים אורגניים למחצה.טכניקות אלה שונות במנגנון שלהם, קנה מידה, והתאמה עבור תת-סטריטים גמישים. להלן אנו דנים בגישות הבולטות ביותר, החל משיטות מבוססות פתרון ועברות לטיפולים ריקים-phase ומדרמיים.

פתרון Crystallization

עיבוד פתרון הוא המסלול המגוון ביותר עבור ייצור סרטים גרפיים אורגניים על תת-שכבות גמישות.הישבן מתרחש כמו evaporates, ואת מידת ההזמנה ניתן לכוונון על ידי שליטה על בחירה מפתור, ריכוז, מהירות מחיקה, וטמפרטורה תת-קרקעית.

(FLT:0Spin-coating:FLT:1 שיטה פשוטה, בשימוש נרחב שבו פתרון הוא ניתוק על מצע מסתובב. Rapid Solnt evaporation יכול להוביל גבישי לא-quilibrium, לעתים קרובות וכתוצאה מכך גרגרים קטנים.
(הדגשה:0) ,Drop-casting and bladeציפוי:IRLT:1 (אטר evaporation) מאפשר למולקולות יותר זמן להתארגן, לייצר גבישים גדולים יותר. Meniscus-orientedd טכניקות, כגון אזור הלייק או ה-FLT הפופולרי לאחרונה:2blade ציפוי FLT 3: 3, ליצור חזית גבישית בכיוון שיכול ליישר את המולקולות, כמו גם ציפוי תחבורה טרופית.
(FLT:0)Slot-dieציפוי: FLT:1 שיטה מדרגית התואמת לעיבוד רול-to-roll.הישבן נשלט על ידי אזור הייבוש, ניתן לשנות באמצעות הוספת תערובת מופרעת או באמצעות אנטי-סולן vapor.

התגבשות פתרון רגישה לפרמטרים רבים, והשגת סרטים גבישיים גדולים נותרה אתגר.ההתפתחויות האחרונות בהנדסה ממוקדת, כגון השימוש במציאויות בעלות נקודות גבוהות או פותרים שאינם מאוישים, שיפרו את יעילותם ובטיחות סביבתית FLT:0(חומרים מתקדמים, 2019).

שלב התגבש

פיזור Vapor משמש באופן מסורתי עבור מוליכים למחצה אורגניים קטנים-מולקוליים.חומר הוא נשגב תחת ואקום או גז מוביל אינרטי ולאחר מכן מוצמד על תת-קרקעית. Crystallization ניתן לשלוט על ידי טמפרטורה תת-סטריט, שיעור המחיקה, ואת נוכחות של סגסוגת טמפרטורה.

(FLT:0 ,אורגניקולאלים בטאמפרסי (OMBE): FLT:1 מייצרת טוהר גבוה, סרטים חד-קריסטליים על תת-שכבות עצלות.
(FLT:0 Organic vapor שלב deposition (OVPD): 1FLT השתמש בגז נושא (למשל חנקן) כדי להעביר את החומר הנשגב למצע קריר יותר. שיטה זו מאפשרת שליטה טובה יותר של supersaturation ויכולה להניב סרטים גדולים, פוליקליים עם אחידות טובה.
(FLT:0) תחבורה אדפור (PVT): תהליך איטי, מבוקר משמש לעתים קרובות לגידול גבישים בודדים באיכות גבוהה למחקרים יסודיים, אך לא מתאים לייצור מכשירים מדרגיים.

שיטות Vapor-phase בדרך כלל לייצר גבישיות גבוהה יותר מאשר שיטות פתרון, אבל הם דורשים ציוד ואקום יקר והם פחות אמין לתפוקה גבוהה, ייצור רול-to-roll. גישות היברידיות, כגון עיבוד פתרון חוסן, נחקרים כדי לשלב את הטוב ביותר של שני העולמות.

« « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « «

[ההוכחה לנחישות היא טכניקה נפוצה לשיפור הקריסטליות מבלי לשנות את שיטת המחיקה.על ידי חימום הסרט לטמפרטורה מתחת לנקודת הפירוק (אך מעל טמפרטורת המעבר זכוכית TreaFLT:0giguaFLT:1), מולקולות מרוויחות מספיק ניידות כדי ליישר מבנים מאוזנים יותר.

יעילותו של אנמדלינג תרמי תלויה ב- TFearLT של החומר:0 (gFillo:1), עובי הסרט, ואת substrate. עבור אלקטרוניקה גמישה, הטמפרטורה של אנמנלינג חייב להיות תואם עם תת-קרקעית הפלסטיק (למשל, פולימידי יכול לעמוד עד 400 מעלות צלזיוס, בעוד PET ו- PEN מוגבלים ל -150 מעלות צלזיוס).

שיטות קריסטל מתקדמות

מעבר לטכניקות הקלאסיות, פותחו כמה גישות חדשניות כדי להשיג גבישים מוכווניים, גדולים של גרגרינים על תת-שכבות גמישות:

(FLT:0) ,Template-sted גבישי: ibph:1 (שימוש דפוס עצמי-a להרכיב מונוlayers (SAMs) או שכבות פולימר, מולקולות ניתן להוביל לגדול באוריינטציה המועדפת.זה יעיל במיוחד עבור ET, שבו הכיוון המולקולרי של ⁇ -stacking צריך להתאים עם הערוץ.
(FLT:0Zoneהיתוך ו- Zone ליהוק:FLT:1) מקור חום מקומי עובר על פני הסרט, יצירת אזור מלוטש אשר מתחדש באופן מבוקר. שיטה זו יכולה לייצר גבישים מודרוזיאו באופן מפוזר מאוד של מולקולות קטנות ופולימרים.
(FLT:0) הדפסה עם כוח Shear:cioFLT:1) הכוחות המופעלים במהלך אפקט הנפילה דיוג'ט וייבוש יכול לגרום להתיש.על ידי שימוש בחפיפות תת-קרקעית ולשלוט על טיפות, ניתן להדפיס באופן ישיר דפוסים גבישיים.
(FLT:0Surface Energy Modulation:FLT:1) התאמת אנרגיית פני השטח התת-סטרי (למשל, באמצעות פלזמה חמצן או SAMs) משפיע על צפיפות קצבה וכיוון צמיחה.

השפעות על אלקטרוניקה גמישה

המונחים: Charge Mobility

ההשפעה הישירה ביותר של התגבשות היא העלייה ב-Commoning המוביל. in high-line אורגני Semiconductors, Nobleilities יכול לעלות על 10 ס"מ2 V-1 s-1, יריבה סיליקון amorphous. for גמישים של ET, זה מתורגם למהירויות מעבר מהירות יותר וזרם כונן גבוה יותר הכרחי עבור תצוגות גמישות וחיישנים.

גמישות מכנית ויציבות

בניגוד לאינטואיציה, סרטי קריסטל יכולים להיות גמישים אם הקריסטלים הם קטנים ומחוזרים היטב. דגנים קטנים (תחומים האנרגטיים) מאפשרים לסרט להתנד ללא סדק, בעוד גבישים גדולים יכולים לשבור תחת לחץ.המיקרו-מבנה האופטימלי הוא פסיפס של גבישים מוכווניים, מיקרומטר בגודלם עם חיבורי גבול חזקים.

יציבות ותוחלת החיים

סרטי קריסטל מסודרים היטב מציגים התנגדות גבוהה להשפלה סביבתית. Dense אריזה מגבילה את הפיזור של חמצן ומים לתוך השכבה הפעילה, צמצום חמצון הידרוליזה של המולקולות האורגניות.זה חשוב במיוחד עבור OLEDs ו- OPVs ארוך-זמן. בנוסף, בשלבי גביש יש לעתים קרובות פחות דלקות, אשר מפחיתים מלכודות-מחדשה מחדש ושיפור יעילות המכשיר.

דוגמאות למכשירים גמישים

(FLT:0 Organic שדה-אפקט טרנזיסטורים (OFET): FLT:1 קריסטל קו גבישי קטן-מולקולי (Dnaphtho) [2,3-b:2,3-f]thieno [3,2-b]iophene (DN) משמשים בזיהוי רדיו גמיש ו- biosensors.
(FLT:0) אורגני פוטו-וולטאיקים (OPVssib): 1 בלנדרים של תורמי פולימרים גבישיים ומקבלי מולקולה קטנה (למשל, ראש 6:Y6) משיגות יעילות המרה כוח העולה על 18% על תת-שכבות גמישות.
(FLT:0 Organic Light-emitting diodes (OLEDs): 1FreaLT:1 Crystalline מארחת מזחלות בשכבה פולטת לשפר את האיזון הטעינה ולהקטין את המתח עבור תצוגות גמישות.

אתגרים וכיוונים עתידיים

פיקוח על הדחיסות

אחד המכשולים הגדולים ביותר הוא השגת גבישים אחידים על אזורים גדולים (מדיום) על תת-שכבות גמישות.ריאציות בשיעורי הייבוש, גסות פני השטח, וטמפרטורת ⁇ s להוביל לסרט הומוגניות כי ביצועים של מכשיר השכבה. טכניקות ציפוי מתקדם, כגון ציפוי בר עם סוליקוס מבוקר, והשימוש בתאי יבש עם לחות מדויקים וזרימה אוויר, הם לחקור אחידות.

ניהול Grain Boundaries

גבולות Grain פועלים כמלכודת ופיזור אתרים, צמצום ניידות יעילה.במכשירים גמישים, הם משמשים גם נקודות חלשות עבור כשל מכני.אסטרטגיות למזער צפיפות גבול דגנים כוללים צמיחה של סרטים חד-קריסטליים בודדים על פני אזורים גדולים (אפשרות עבור כמה מולקולות קטנות באמצעות תהליכים ריקים) או יצירת סרטים פולימרים ללא דגנים באמצעות היערכות. בעוד חד-צדדית של מזחלות להראות סולמות, אך לא ניתן לדרגה גבוהה של חומרים.

תאימות עם strtes גמישים

טכניקות גבישיות רבות דורשות טמפרטורות גבוהות או פותרים אגרסיביים שפוגעים במצעים גמישים נפוצים כמו PET או PEN. נמוך-temperature שיטות עיבוד - כגון Solnt vapor annealing, photonic curing, או באמצעות פתרונות אקוטיים עמוקים - הם אזורים פעילים של מחקר.בנוסף, ההתפשטות התרמית של תת-סטריט חייבת להתאים את הסרט האורגני למניעת זיהום במהלך מחזורי.

סקלאלה ועלויות

עבור אלקטרוניקה גמישה להיות פעיל, שיטות התגבש חייב להיות משולב לתוך גבוהה דרך ציוד, רול-to-roll הייצור.זה מעדיף גישות מבוסס פתרון שפועל בתנאים נוחים.עם זאת, השגת אותו גבישי כמו סרטי ריק-דהוירק נשאר קשה.התקדמות אחרונה בציפוי ממוקדים-מחץ המושרה הביא ביצועים מעבדה לרמות מבטיחות עבור ייצור.

כיוונים עתידיים

במבט קדימה, התחום נע לכיוון שליטה רב-ממדית של התגבשות. Machine Learning וניסויי חישוב גבוהים משמשים כדי למפות את מרחב הפרמטר העצום של תנאי עיבוד לגמישות אופטימלית.חומרים חדשים שעוצבו עם שרשראות צד גבישיות או אינטראקציות על-ידי-ידי-על מבטיחות-עצמיות להרכיב מבנים אידיאליים ללא עיבוד נרחב.

שילוב של קריסטליזציה עם תת-סטריטים גמישים גם יהנה מהתקדמות באלקטרוניקה מתוחה, שבו המוליכים למחצה חייבים לשמור על הסדר תחת זן חוזר שוב ושוב.פיתוח " elastomers" או להטביע דומיינים גבישיים בתוך מריצה מתוחה עשוי לאפשר מכשירים מעוללים לחלוטין.בסוף, ביואלקטרוניקה - מכשירים מותאמים למעקב רפואי - יחייבוכיביים ביולוגיים שיכולים לגרום לטכניקות גבישיות חדשות, כדי לפתוח מחדש.

מסקנה

קריסטליזציה של מוליכים למחצה אורגניים אינה רק שלב עיבוד; זה המנוף הבסיסי השולט תחבורה, חוסן מכני ויציבות תפעולית באלקטרוניקה גמישה. Mastery of Crystallization מאפשר טרנספורמציה של חומרים זולים, מעבדים פתרון לתוך שכבות פעילות גבוהה של ET, OPVs, ו OLEDs בעוד אתגרים הקשורים אחידות, דגנים, יציבות נמוכה, וגמישות מתקדמת מתמשכת של מחזורית גבוהה, הוא המשך צמיחה גבוהה של חומרים גמישה של זמן גבוהה, עם צמיחה גבוהה של טמפרטורות גבוהות יותר, קרוב מאוד, 000, קרוב מאוד, 000 טמפרטורות גבוהות, וטכניקות נטייה גבוהה מתמשכת של טמפרטורות גבוהות יותר, קרוב מאוד, 000 טמפרטורות גבוהות יותר, קרוב מאוד, 000 טמפרטורות גבוהות יותר, 000 טמפרטורות גבוהות יותר, 000 משיכה גבוהה משיכה גבוהה משיכה גבוהה משיכה גבוהה משיכה גבוהה משיכה גבוהה טמפרטורות גבוהות של משיכה טמפרטורות גבוהות של טמפרטורות גבוהות של טמפרטורות גבוהות של טמפרטורות גבוהות של טמפרטורות גבוהות של טמפרטורות גבוהות של משיכה טמפרטורות גבוהות של טמפרטורות גבוהות יותר טמפרטורות גבוהות של משיכה משיכה טמפרטורות גבוהות של משיכה משיכה משיכה משיכה משיכה טמפרטורות גבוהות של טמפרטורות גבוהות של טמפרטורות גבוהות של טמפרטורות גבוהות יותר טמפרטורות גבוהות של משיכה