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Gravure des affichages organiques
En utilisant des matériaux semi-conducteurs organiques au lieu de silicium rigide, il est possible de fabriquer des cellules solaires et des écrans d'ordinateur économes en énergie, légers et flexibles. Mais fabriquer des appareils à partir de matériaux organiques nécessite d'investir dans un équipement entièrement nouveau, car les matériaux organiques sont normalement détruits par les produits chimiques agressifs nécessaires à la photolithographie conventionnelle.
Lithographie organique : Cette diode électroluminescente organique a été réalisée à l'aide de nouveaux matériaux de photolithographie.
À présent Orthogonal , une société basée à Ithaca, NY, développe des matériaux qui permettront de fabriquer de l'électronique organique sur l'équipement utilisé pour fabriquer de l'électronique au silicium. Cela devrait également permettre de construire des composants organiques plus complexes. La société a présenté quatre prototypes de dispositifs, dont des diodes électroluminescentes organiques, fabriqués à l'aide de nouveaux produits chimiques de photolithographie compatibles avec les matériaux organiques.
Les transistors et les pixels d'affichage fabriqués à partir de matériaux organiques tels que les polymères sont plus lents que ceux en silicium, mais ils nécessitent également moins d'énergie pour fonctionner, pèsent moins et peuvent être fabriqués sur des supports flexibles, ce qui les rend attrayants pour une utilisation dans les écrans et les panneaux solaires. panneaux. Mais leur fabrication nécessite de nouveaux équipements tels que des imprimantes à jet d'encre industrielles. C'est certainement un problème pour les diodes électroluminescentes organiques et autres appareils électroniques organiques qu'une grande partie de l'équipement est fait à la main, dit Paul Semenza , premier vice-président de AfficherRechercher , une société d'études de marché. Pour les fabricants, l'achat d'équipements entièrement neufs est une dépense importante. Si vous pouviez utiliser la photolithographie pour fabriquer ces appareils, vous pourriez potentiellement briser ce goulot d'étranglement, dit-il.
La photolithographie est la méthode standard de fabrication de composants électroniques au silicium, mais elle est normalement incompatible avec les matériaux organiques car elle nécessite des produits chimiques agressifs qui provoquent leur dégradation. Pour modeler une surface telle qu'une plaquette de silicium, la surface doit d'abord être recouverte d'un produit chimique sensible à la lumière appelé photoresist. La lumière est ensuite projetée sur la surface à travers un masque à motifs, et un solvant est appliqué pour graver les zones exposées de la résine photosensible, laissant un motif.
Orthogonal a autorisé une technique de photolithographie développée par des chercheurs de l'Université Cornell qui est compatible avec les matériaux organiques. La technique, appelée lithographie orthogonale, a été inventée par Christophe Ober et Georges Malliaras , tous deux professeurs de science des matériaux et d'ingénierie à Cornell. La résine photosensible et le solvant qui l'emporte pendant le processus de gravure sont tous deux fabriqués à partir d'une classe inhabituelle de molécules appelées hydrofluoroéthers, des composés qui interagissent les uns avec les autres mais pas avec des matériaux organiques semi-conducteurs. Ainsi, le solvant et la résine photosensible développés par les chercheurs de Cornell ne dégradent pas les couches semi-conductrices pendant le processus de lithographie.
Orthogonal espère vendre des produits chimiques pour fabriquer de l'électronique organique à l'aide de la photolithographie conventionnelle à des entreprises qui fabriquent des écrans et d'autres appareils. L'entreprise travaille déjà avec plusieurs fabricants d'écrans et de panneaux solaires pour développer des produits utilisant la méthode de fabrication.
Au lieu de construire de nouvelles usines et de développer de nouveaux processus, nous voulons permettre aux fabricants d'utiliser des équipements et des connaissances autour d'un processus qui existe déjà, explique Renard Holt , PDG d'Orthogonal.
Ober, qui a développé la résine photosensible et le solvant, explique que Malliaras a repris ce processus et l'a amélioré pour l'appliquer à la production de transistors organiques très complexes, de capteurs, de cellules solaires et d'oscillateurs annulaires (dispositifs qui convertissent le courant continu en courant alternatif). Orthogonal montre actuellement ces quatre prototypes à des clients potentiels. Jusqu'à présent, le procédé s'est avéré compatible avec tous les matériaux semi-conducteurs organiques que le groupe a testés. Ober dit que les solvants sont également inoffensifs pour l'environnement et faciles à utiliser. Alors que les nouveaux solvants peuvent coûter plus cher que ceux utilisés pour fabriquer des composants électroniques au silicium, le prix de la résine photosensible devrait être équivalent. Dans l'ensemble, le processus devrait être moins cher que la fabrication d'électronique au silicium.
Les performances des dispositifs fabriqués à l'aide de la lithographie orthogonale sont équivalentes à celles des dispositifs organiques fabriqués à l'aide d'autres techniques, déclare Orthogonal CTO Jean de Franco . Les premiers produits de la société, qu'elle espère vendre dans environ un an, seront des matériaux pour la fabrication de diodes électroluminescentes organiques. Orthogonal a construit des prototypes de pixels en utilisant cette technique. Leur efficacité est comparable à celle des appareils standard, et nous examinons actuellement les durées de vie, ce qui peut être un problème avec les matériaux d'affichage organiques, explique de Franco.
Ober s'attend à ce que la lithographie orthogonale rende possible une électronique organique plus avancée, avec des dispositifs en couches capables d'effectuer des opérations plus complexes. Lorsque des dispositifs organiques multicouches sont fabriqués à l'aide de techniques d'impression telles que l'impression à jet d'encre, chaque couche perturbe la précédente, dit-il. Les dispositifs sont fabriqués à partir d'encres constituées d'un semi-conducteur dans un solvant. Mais le solvant, nécessaire à l'impression des couches successives, peut interagir avec les semi-conducteurs déjà imprimés, avec de lourdes conséquences sur les performances. Ce mélange entre les couches n'est pas un problème lors de la réalisation de dispositifs multicouches en lithographie orthogonale car les solvants fluorés n'interagissent qu'avec la résine photosensible, et non avec le semi-conducteur organique. Chaque couche peut être placée sans se mélanger, explique Ober.
Zhenan Bao , professeur agrégé de génie chimique à l'Université de Stanford, affirme que l'approche de l'entreprise est unique. D'autres groupes se sont concentrés sur le développement de technologies de fabrication moins chères - si l'investissement initial dans l'équipement n'est pas pris en compte, l'impression à jet d'encre et d'autres techniques sont moins chères. Mais Bao s'attend à ce qu'Orthogonal puisse prendre pied sur le marché de l'affichage. Ce sont des produits qui ne seront pas nécessairement bon marché et jetables, donc la lithographie peut être abordable, dit-elle. Et l'utilisation de l'infrastructure existante pourrait être un avantage, en particulier pour les entreprises d'affichage.