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Grabado de pantallas orgánicas
Utilizando materiales semiconductores orgánicos en lugar de silicio rígido, es posible fabricar pantallas de computadora y celdas solares ligeras, flexibles y eficientes desde el punto de vista energético. Pero la fabricación de dispositivos a partir de materiales orgánicos requiere invertir en equipos completamente nuevos, ya que los materiales orgánicos normalmente son destruidos por los productos químicos agresivos necesarios para la fotolitografía convencional.
Litografía orgánica: Este diodo emisor de luz orgánico se fabricó utilizando nuevos materiales de fotolitografía.
Ahora Ortogonal , una empresa con sede en Ithaca, Nueva York, está desarrollando materiales que permitirán fabricar productos electrónicos orgánicos en los equipos utilizados para fabricar productos electrónicos de silicio. Esto también debería permitir la construcción de componentes orgánicos más complejos. La compañía ha demostrado cuatro dispositivos prototipo, incluidos diodos emisores de luz orgánicos, fabricados con nuevos productos químicos de fotolitografía que son compatibles con materiales orgánicos.
Los transistores y píxeles de pantalla que están hechos de materiales orgánicos, como polímeros, son más lentos que los hechos de silicio, pero también requieren menos energía para funcionar, pesan menos y pueden fabricarse con soportes flexibles, lo que los hace atractivos para su uso en pantallas y energía solar. Paneles Pero su fabricación requiere nuevos equipos, como impresoras industriales de inyección de tinta. Definitivamente es un problema para los diodos emisores de luz orgánicos y otros componentes electrónicos orgánicos que gran parte del equipo esté hecho a mano, dice Pablo Semenza , vicepresidente senior en DisplaySearch , una empresa de investigación de mercado. Para los fabricantes, comprar equipos completamente nuevos es un gasto importante. Si pudieras usar la fotolitografía para fabricar estos dispositivos, podrías romper ese cuello de botella, dice.
La fotolitografía es el método estándar para fabricar componentes electrónicos de silicio, pero normalmente es incompatible con materiales orgánicos porque requiere productos químicos agresivos que hacen que se descompongan. Para modelar una superficie como una oblea de silicio, la superficie debe primero estar recubierta con un químico sensible a la luz llamado fotorresistente. Luego se ilumina la superficie a través de una máscara estampada, y se aplica solvente para eliminar las áreas expuestas del fotorresistente, dejando un patrón.
Orthogonal ha obtenido la licencia de una técnica de fotolitografía desarrollada por investigadores de la Universidad de Cornell que es compatible con materiales orgánicos. La técnica, llamada litografía ortogonal, fue inventada por Christopher Ober y George Malliaras , ambos profesores de ciencia e ingeniería de materiales en Cornell. Tanto el fotorresistente como el solvente que lo arrastra durante el proceso de grabado están hechos de una clase inusual de moléculas llamadas hidrofluoroéteres, compuestos que interactúan entre sí pero no con materiales orgánicos semiconductores. Por lo tanto, el solvente y la fotorresistencia que desarrollaron los investigadores de Cornell no degradarán las capas semiconductoras durante el proceso de litografía.
Ortogonal espera vender productos químicos para fabricar productos electrónicos orgánicos utilizando fotolitografía convencional a empresas que fabrican pantallas y otros dispositivos. La empresa ya está trabajando con varios fabricantes de pantallas y paneles solares para desarrollar productos utilizando el método de fabricación.
En lugar de construir nuevas plantas y desarrollar nuevos procesos, queremos permitir que los fabricantes utilicen equipos y conocimientos en torno a un proceso que ya existe, dice Fox Holt , Director general de Orthogonal.
Ober, quien desarrolló la fotorresistencia y el solvente, dice que Malliaras ha tomado este proceso y lo ha mejorado para aplicarlo a la producción de transistores orgánicos muy complejos, sensores, células solares y osciladores de anillo (dispositivos que convierten la corriente continua en corriente alterna). Orthogonal está mostrando estos cuatro prototipos a clientes potenciales. Hasta ahora, el proceso ha demostrado ser compatible con todos los materiales semiconductores orgánicos que el grupo ha probado. Ober dice que los solventes también son benignos para el medio ambiente y fáciles de trabajar. Si bien los nuevos disolventes pueden costar más que los que se utilizan para fabricar componentes electrónicos de silicio, el precio de la fotorresistencia debería ser equivalente. En general, el proceso debería ser más económico que fabricar componentes electrónicos de silicio.
El rendimiento de los dispositivos fabricados con litografía ortogonal es equivalente a los dispositivos orgánicos fabricados con otras técnicas, dice Orthogonal CTO John de Franco . Los primeros productos de la empresa, que espera vender en aproximadamente un año, serán materiales para fabricar diodos emisores de luz orgánicos. Orthogonal ha construido prototipos de píxeles utilizando la técnica. Su eficiencia es comparable a la de los dispositivos estándar, y actualmente estamos buscando tiempos de vida, lo que puede ser un problema con los materiales de visualización orgánicos, dice de Franco.
Ober espera que la litografía ortogonal haga posible la electrónica orgánica más avanzada, con dispositivos en capas capaces de realizar operaciones más complejas. Cuando los dispositivos orgánicos multicapa se fabrican utilizando técnicas de impresión como la impresión por chorro de tinta, cada capa perturba a la anterior, dice. Los dispositivos están hechos de tintas que consisten en un semiconductor en un solvente. Pero el solvente, que es necesario para imprimir capas sucesivas, puede interactuar con los semiconductores que ya se han impreso, con graves consecuencias para el rendimiento. Este entremezclado entre capas no es un problema cuando se fabrican dispositivos multicapa usando litografía ortogonal porque los solventes fluorados interactúan solo con el fotorresistente y no con el semiconductor orgánico. Cada capa se puede colocar sin mezclar, dice Ober.
Zhenan Bao , profesor asociado de ingeniería química en la Universidad de Stanford, dice que el enfoque de la empresa es único. Otros grupos se han centrado en desarrollar tecnologías de fabricación más baratas: si no se tiene en cuenta la inversión inicial en equipos, la impresión por chorro de tinta y otras técnicas son más baratas. Pero Bao espera que Orthogonal pueda afianzarse en el mercado de las pantallas. Estos son productos que no necesariamente serán baratos y desechables, por lo que la litografía puede ser asequible, dice. Y el uso de la infraestructura existente podría ser una ventaja, especialmente para las empresas de pantallas.