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Ausätzen von organischen Displays
Durch die Verwendung organischer Halbleitermaterialien anstelle von starrem Silizium ist es möglich, energieeffiziente, leichte und flexible Solarzellen und Computerdisplays herzustellen. Die Herstellung von Geräten aus organischen Materialien erfordert jedoch Investitionen in völlig neue Geräte, da organische Materialien normalerweise durch die aggressiven Chemikalien zerstört werden, die für die konventionelle Photolithographie erforderlich sind.
Organische Lithographie: Diese organische Leuchtdiode wurde unter Verwendung neuer photolithographischer Materialien hergestellt.
Jetzt Senkrecht , ein Unternehmen mit Sitz in Ithaca, NY, entwickelt Materialien, die die Herstellung organischer Elektronik auf Geräten ermöglichen, die zur Herstellung von Siliziumelektronik verwendet werden. Damit sollen auch komplexere organische Bauteile aufgebaut werden können. Das Unternehmen hat vier Prototypen von Geräten demonstriert, darunter organische Leuchtdioden, die mit neuen Photolithographie-Chemikalien hergestellt wurden, die mit organischen Materialien kompatibel sind.
Transistoren und Displaypixel, die aus organischen Materialien wie Polymeren bestehen, sind langsamer als solche aus Silizium, benötigen aber auch weniger Energie im Betrieb, wiegen weniger und können auf flexiblen Trägern hergestellt werden, was sie für den Einsatz in Displays und Solaranlagen attraktiv macht Platten. Ihre Herstellung erfordert jedoch neue Geräte wie industrielle Tintenstrahldrucker. Es ist definitiv ein Problem für organische Leuchtdioden und andere organische Elektronik, dass viele Geräte handgefertigt sind, sagt Paul Semenza , Senior Vice President bei DisplaySuche , ein Marktforschungsunternehmen. Für Hersteller ist der Kauf komplett neuer Geräte ein erheblicher Kostenfaktor. Wenn Sie Photolithographie verwenden könnten, um diese Geräte herzustellen, könnten Sie diesen Engpass möglicherweise überwinden, sagt er.
Photolithographie ist das Standardverfahren zur Herstellung von Siliziumelektronik, ist jedoch normalerweise mit organischen Materialien nicht kompatibel, da aggressive Chemikalien erforderlich sind, die sie zersetzen. Um eine Oberfläche wie beispielsweise einen Siliziumwafer zu strukturieren, muss die Oberfläche zuerst mit einer lichtempfindlichen Chemikalie namens Photoresist beschichtet werden. Dann wird durch eine gemusterte Maske Licht auf die Oberfläche gestrahlt, und es wird Lösungsmittel aufgetragen, um die belichteten Bereiche des Photoresists wegzuätzen, wodurch ein Muster zurückbleibt.
Orthogonal hat eine von Forschern der Cornell University entwickelte Photolithographie-Technik lizenziert, die mit organischen Materialien kompatibel ist. Die Technik, die als orthogonale Lithographie bezeichnet wird, wurde erfunden von Christopher Ober und George Malliaras , beide Professoren für Materialwissenschaften und Ingenieurwissenschaften an der Cornell. Sowohl der Fotolack als auch das Lösungsmittel, das ihn während des Ätzprozesses abtransportiert, bestehen aus einer ungewöhnlichen Klasse von Molekülen, den Hydrofluorethern – Verbindungen, die miteinander, aber nicht mit halbleitenden organischen Materialien interagieren. Das von den Cornell-Forschern entwickelte Lösungsmittel und Fotolack wird die halbleitenden Schichten während des Lithografieprozesses also nicht zersetzen.
Senkrecht hofft, Chemikalien für die Herstellung organischer Elektronik mittels konventioneller Photolithographie an Unternehmen verkaufen zu können, die Displays und andere Geräte herstellen. Das Unternehmen arbeitet bereits mit mehreren Display- und Solarherstellern zusammen, um Produkte nach dem Herstellungsverfahren zu entwickeln.
Anstatt neue Anlagen zu bauen und neue Prozesse zu entwickeln, wollen wir es Herstellern ermöglichen, Ausrüstung und Wissen rund um einen bereits bestehenden Prozess zu nutzen, sagt Fox Holt , CEO von Orthogonal.
Ober, der den Fotolack und das Lösungsmittel entwickelt hat, sagt Malliaras, dass er dieses Verfahren aufgegriffen und verbessert hat, um es auf die Herstellung sehr komplexer organischer Transistoren, Sensoren, Solarzellen und Ringoszillatoren (Geräte, die Gleichstrom in Wechselstrom umwandeln) anzuwenden. Diese vier Prototypen zeigt Orthogonal derzeit potenziellen Kunden. Bisher hat sich das Verfahren als kompatibel mit allen von der Gruppe getesteten organischen halbleitenden Materialien erwiesen. Laut Ober sind die Lösungsmittel auch umweltfreundlich und einfach zu verarbeiten. Während die neuen Lösungsmittel möglicherweise mehr kosten als diejenigen, die zur Herstellung von Siliziumelektronik verwendet werden, sollte der Preis für den Fotolack gleichwertig sein. Insgesamt sollte der Prozess billiger sein als die Herstellung von Siliziumelektronik.
Die Leistung von Geräten, die mit orthogonaler Lithographie hergestellt wurden, entspricht organischen Geräten, die mit anderen Techniken hergestellt wurden, sagt Orthogonal CTO John de Franco . Die ersten Produkte des Unternehmens, die in etwa einem Jahr verkauft werden sollen, werden Materialien zur Herstellung organischer Leuchtdioden sein. Orthogonal hat mit dieser Technik Prototyppixel gebaut. Ihre Effizienz ist mit Standardgeräten vergleichbar, und wir beschäftigen uns derzeit mit der Lebensdauer, die bei organischen Displaymaterialien ein Problem sein kann, sagt de Franco.
Ober erwartet, dass die orthogonale Lithographie eine fortschrittlichere organische Elektronik mit geschichteten Geräten ermöglicht, die komplexere Operationen durchführen können. Wenn organische Mehrschichtgeräte mit Drucktechniken wie dem Tintenstrahldruck hergestellt werden, stört jede Schicht die vorherige, sagt er. Die Geräte bestehen aus Tinten, die aus einem Halbleiter in einem Lösungsmittel bestehen. Aber das Lösungsmittel, das zum Drucken aufeinanderfolgender Schichten benötigt wird, kann mit den bereits gedruckten Halbleitern wechselwirken, mit schwerwiegenden Folgen für die Leistung. Diese Vermischung zwischen den Schichten ist kein Problem bei der Herstellung von Mehrschichtgeräten mit orthogonaler Lithographie, da die fluorierten Lösungsmittel nur mit dem Fotolack und nicht mit dem organischen Halbleiter interagieren. Jede Lage könne ohne Durchmischung abgelegt werden, sagt Ober.
Zhenan Bao , außerordentlicher Professor für Chemieingenieurwesen an der Stanford University, sagt, der Ansatz des Unternehmens sei einzigartig. Andere Gruppen haben sich auf die Entwicklung billigerer Herstellungstechnologien konzentriert – wenn die anfänglichen Investitionen in Ausrüstung nicht berücksichtigt werden, sind Tintenstrahldruck und andere Techniken billiger. Bao erwartet jedoch, dass Orthogonal auf dem Display-Markt Fuß fassen könnte. Dies sind Produkte, die nicht unbedingt billig und wegwerfbar sein werden, daher kann Lithografie erschwinglich sein, sagt sie. Und die Nutzung vorhandener Infrastruktur könnte insbesondere für Display-Unternehmen von Vorteil sein.