Europa liderem w branży drukowanych obwodów elektronicznych

Układy scalone opierają się na tuszach przewodzących nadrukowanych na twardych podłożach służących do podłączania elementów trójwymiarowych, które są lutowane do płytki w celu utworzenia obwodów elektronicznych. Ta koncepcja pozwoli na dokonanie skoku ewolucyjnego dzięki nowej technologii, która bardzo szybko wchodzi na rynek.

W drukowanych obwodach elektronicznych wykorzystuje się tusze przewodzące i dielektryczne w celu utworzenia tranzystorów cienkowarstwowych (TFT), które można drukować na dużych elastycznych podłożach przy użyciu tanich i wysoko wydajnych metod. Oczekuje się, że tempo wzrostu tego sektora będzie porównywalne do rozwoju przedsiębiorstw z Doliny Krzemowej w przeszłości. Według szacunków wartość tego rynku ma osiągnąć 47 mld USD do 2018 r., a do 2030 r. zawrotną sumę 300 mld USD.

Aby wesprzeć starania Europy w dążeniu do osiągnięcia pozycji światowego lidera w strategicznie ważnym sektorze układów elektronicznych, UE sfinansowała projekt POINTS (Printable organic-inorganic transparent semiconductor devices). Naukowcy opracowali przełomowe rozwiązania w postaci nowych materiałów do drukowania w niskich temperaturach. Zespół połączył korzyści płynące z przetwarzania materiałów organicznych (polimerowych) oraz wyjątkowe właściwości substancji nieorganicznych (tlenku metalu), w wyniku czego powstały zaawansowane materiały hybrydowe.

Wydajność przetworzonych w roztworze organicznych tranzystorów cienkowarstwowych znacznie przekracza zdolności amorficznych krzemowych tranzystorów cienkowarstwowych. Jednak nieorganiczne półprzewodniki i izolatory wykazują lepsze właściwości niż układy organiczne, a tusze z nanocząstek metalu mają o wiele wyższą zdolność przewodzenia niż polimery przewodzące. Otoczone polimerem nanocząstki metalu na bazie tlenku wykorzystano do wytworzenia półprzewodnikowych i izolacyjnych materiałów do tranzystorów cienkowarstwowych, na których można drukować. W szczególności stosowano syntezę spalania roztworów do wytwarzania półprzewodników z warstwą n-tlenku w niższych temperaturach niż jest to wymagane w konwencjonalnych procesach zol-żel. Metody tej użyto również do wytwarzania materiałów dielektrycznych.

Nowe materiały wykorzystano w obwodach przerzutników bistabilnych o prostej logice, oscylatorach pierścieniowych i sterownikach diod LED. Zastosowano je w interaktywnej karcie demonstracyjnej, na której migające diody LED przedstawiające gwiazdy z gwiazdozbioru Małej Niedźwiedzicy są włączane i wyłączane przez użytkownika. W projekcie skupiono się głównie na technologiach informatycznych i komunikacyjnych, jednak opracowane rozwiązania mogą bez problemu znaleźć zastosowanie w innych dziedzinach, w tym m.in. w wyświetlaczach oraz w układach oświetleniowych i fotowoltaicznych.

Działania prowadzone w ramach projektu POINTS zaowocowały dwoma zgłoszeniami patentowymi, a jego wyniki były szeroko nagłaśniane w czasopismach naukowych i na konferencjach. Zespół oczekuje, że projekt będzie miał znaczący wpływ na przemysł drukowanych obwodów elektronicznych w UE i wysunie Europę na prowadzenie wśród jej amerykańskich i azjatyckich konkurentów na ogromnym światowym rynku. Film wideo przedstawiający przykład zastosowania można znaleźć w internecie.