Tryckta integrerade kretsar

De senaste årens forskning har resulterat i förfinade metoder för att tillverka organiska elektrokemiska transistorer (OECT). Det unika med utvecklingen är att screentryckning används vid deponeringen av samtliga ingående lager. Ytterligare miniatyrisering och hög tillförlitlighet har resulterat i ett antal olika typer av screentryckta integrerade kretsar, t.ex. multiplexer (4-1), avkodare (4-7) och ett 7-bitars skiftregister.

Det primära syftet är att minimera antalet kontaktpaddar i kiselelektroniken som ofta används vid adressering av perifera komponenter, exempelvis en display. Med ett 7-bitars skiftregister behövs endast två insignaler (data + klocksignal) för att adressera en 7-segmentsdisplay. Vi har även lyckats med monolitisk integration av logiska kretsar och elektrokroma displayer, där hela systemet är tillverkat genom screentryckning på flexibla plastsubstrat. De största integrerade kretsarna innehåller mer än 100 OECTs, dessa resultat publicerades i Nature Communications (open access) i november 2019.

På temat monolitisk integration har vi även lyckats demonstrera screentryckta displaydrivarkretsar, och hur de i sin tur kan kombineras med screentryckta elektrokroma displayer. Resultaten, där flera olika displaydrivarkretsar i kombination med elektrokroma displayer utvärderas, publicerades i tidskriften Flexible and Printed Electronics (open access) i mars 2020. I samma artikel visar vi även hur tryckta OECTs kan användas för att driva komponenter som kräver hög kontinuerlig ström, i det här fallet handlar det om att styra ljuset från vanliga lysdioder. Adresseringen av dessa lysdioder gjordes med en screentryckt avkodare, och ljuset från den adresserade lysdioden styrs sedan av en separat drivar-OECT som också är tillverkad genom screentryckning.

Monolitiskt integrerade OECT-kretsar och elektrokroma displayer som tillverkats på flexibla substrat genom att endast använda screentryckning öppnar upp för många olika IoT-tillämpningar i framtiden. Olika typer av (bio)sensorplattformar och smarta etiketter inom förpackningsindustrin är några exempel på möjliga tillämpningar.

Ytterligare publikationer har nyligen publicerats på temat screentryckta OECTs och OECT-baserade kretsar. Artiklarna berör olika aspekter kring teknologin: tillverkning med hög tillförlitlighet (99,7 % yield på ett ark med 760 OECTs), aktivt matrisadresserade elektrokroma displayer, utvärdering av olika inverterarkretsar i syfte att optimera t.ex. drivspänning (1 V) och responstid (funktionalitet upp till 30 Hz), OECTs tillverkade via en kombination av vapor phase polymerization (VPP) och screentryckning, och OECTs för tillämpningar inom elektrisk stimulering, se länkarna under 'Extern press' för mer information.   

Genom att kombinera screentryckning med aerosoljettryckning har vi även visat på möjligheten att skapa OECT-kanaler med betydligt mindre area/volym, för att på så vis optimera prestandan. I en av artiklarna demonstreras en heltryckt inverterare där fördröjningen av signalen endast är cirka 1 ms. 

Det går även att använda OECTs som sensorkomponenter. I den här artikeln kombineras en OECT med en piezoelektrisk sensor tryckt på tatueringspapper, för att möjliggöra monitorering av hjärtrytmen. 

Vi har också publicerat en artikel med fokus på att använda ofarliga och miljövänliga lösningsmedel för att lösa upp den halvledande polymeren som används i heltryckta OECTs: Toward Sustainability in All-Printed Accumulation Mode Organic Electrochemical Transistors