Японские учёные успешно опробовали технологию струйной печати монокристаллических тонких плёнок.

Качество полупроводниковых плёнок прямо влияет на подвижность носителей заряда — ключевую характеристику транзисторов, изготавливаемых на их основе. Традиционные методики струйной печати не позволяют достичь высокой кристалличности производимых образцов, и авторы попытались модифицировать процесс, добавив к обычным чернилам — раствору органического полупроводника C₈BTBT — жидкость, в которой C₈BTBT не растворяется. Такой приём, кристаллизация с введением антирастворителя, давно известен химикам, но при печати ещё не использовался.

В нашем случае роль антирастворителя сыграл безводный диметилформамид. Эксперимент проводился на пьезоэлектрическом печатающем устройстве, способном выбрасывать капли объёмом 60 пл с частотой 500 Гц. Процесс был организован так, что капли антирастворителя попадали на обычную кремниевую подложку, покрытую диоксидом кремния, первыми, а потом на них наносились C₈BTBT-чернила. На поверхности жидкости двух типов смешивались естественным образом.

Рис. 1. Массив монокристаллических плёнок C8BTBT, изготовленных печатным способом (иллюстрация Nature / Tatsuo Hasegawa).

Наблюдая в оптический микроскоп за тем, как жидкость постепенно испаряется с подложки, учёные отметили формирование моно- или поликристаллических плёнок C8BTBT толщиной 30–200 нм. После этого на базе полученных монокристаллов были сконструированы тонкоплёночные транзисторы с золотыми электродами стока и истока и диэлектрическим слоем затвора, выполненным из парилена С.

Измерения показали вполне достойные среднюю подвижность носителей, доходящую до 16,4 см²•В^–1•с^–1, и отношение токов в открытом и закрытом состоянии, равное 10⁵–10⁷.

В ближайшие месяцы исследователи будут заниматься оптимизацией технологии.

«Нам стоит поработать, к примеру, над контактами стока и истока в транзисторах, — говорит руководитель группы Тацуо Хасегава (Tatsuo Hasegawa). — Следующим шагом должно стать создание печатных металлических проводов, после чего можно будет продемонстрировать электронные устройства, все элементы которых изготовлены с помощью печатной технологии».

Полная версия отчёта опубликована в статье:

Hiromi Minemawari, Toshikazu Yamada, Hiroyuki Matsui, Jun’ya Tsutsumi, Simon Haas, Ryosuke Chiba, Reiji Kumai & Tatsuo Hasegawa Inkjet printing of single-crystal films. – Nature. – V.475. – P. 364–367 (21 July 2011); doi:10.1038/nature10313; Published online 13 July 2011.