Американські інженери з Університету Дьюка продемонстрували можливість друку повнофункціональної та придатної до вторинної переробки електроніки субмікронних розмірів.

Нова технологія може серйозно вплинути на індустрію дисплеїв, ринок якої оцінюється у $150 млрд. Новий технологічний процес також пропонує зменшення шкідливого впливу на навколишнє середовище.

"Якщо ми хочемо серйозно збільшити обсяги виробництва у США в областях, де домінують глобальні конкуренти, нам потрібні трансформаційні технології. Наш процес дозволяє друкувати транзистори на основі вуглецю, які можна повністю переробляти і які забезпечують продуктивність, порівнянну з галузевими стандартами. Це дуже перспективний результат, щоб не приділити йому уваги", - зазначає професор кафедри електротехніки, обчислювальної техніки та хімії ім. Едмунда Т. Пратта-молодшого в Університеті Дьюка Аарон Франклін.

Дисплеї наразі використовуються у більшості електронних пристроїв, від телевізорів, моніторів, циферблатів годинників до екранів в автівках. Практично всі вони виготовляються у Південній Кореї, Китаї чи на Тайвані. Процес виробництва шкідливо впливає на навколишнє середовище через значні викиди парникових газів та величезні витрати енергії, пов'язані з вакуумною обробкою. Крім того, за оцінками ООН, менше чверті з мільйонів тонн електроніки, яка щороку викидається, переробляється.

Кілька років тому працівники з лабораторії Франкліна розробили перший у світі процес друку повністю придатної до переробки електроніки. Під час демонстрації використовувався аерозольний струменевий друк, який не дозволяв створювати окремі елементи розміром менш як 10 мкм.

У новому дослідженні Аарон Франклін та його колеги спільно з Hummink Technologies працювали над подоланням цих обмежень. Вони використовують високоточні капілярні машини для друку, які залучають поверхневу енергію для вивільнення крихітних порцій чорнила. Це також забезпечує вбирущу здатність, оскільки рідина вбирається у вузькі проміжки між волокнами.

Дослідники використали три види вуглецевого чорнила, отримані з вуглецевих нанотрубок, графену та наноцелюлози. Вони легко наносяться на жорсткі підкладки, зокрема, зі скла та кремнію, та на гнучкіші підкладки з паперу або інших екологічних поверхонь.

За результатами випробувань поєднання нового чорнила та обладнання продемонструвало ефективний друк елементів довжиною у десятки мкм з невеликими субмікронними зазорами між ними. Кріхітні зазори формують довжину каналу тонкоплівкових тразисторів з вуглецю, а менші розміри забезпечують вищі електричні показники. Саме такі транзистори формують задню панель керування всіх пласких дисплеїв.

"Подібні підходи до виробництва ніколи не замінять високопродуктивні комп'ютерні чипи на основі кремнію, але є інші ринки, де вони можуть стати конкурентоспроможними і навіть революційними", - зауважив Аарон Франклін.

У кожному дисплеї розміщується великий масив крихітних тонкоплівкових транзисторів, які керують кожним пікселем. У той час як OLED-дисплеї споживають більше енергії і потребують щонайменше двох транзисторів на кожень піксель, ЖК-дисплеям достатньо усього одного.

У попередньому дослідженні розробники продемонстрували, як надруковані ними транзистори керують кількома пікселями у ЖК-дисплеї. На думку Аарона Франкліна, нові тонкоплівкові транзистори близькі до показників продуктивності OLED-дисплеїв.