Printed low-voltage organic transistors on plastics and paper

The main advantage of organic electronics over the more widespread inorganic counterparts lies not in the electrical performance, but rather in the solution processability that opens up for low-cost flexible electronics (e.g. displays, sensors and smart tags) fabricated by using printing techniques. Replacing the commonly used laboratory-scale fabrication techniques with mass-printing techniques is, however, truly challenging, especially when low-voltage operation is required. In this thesis it is, nevertheless, demonstrated that low-voltage organic transistors can be fully printed with a similar performance to that of transistors made by laboratory scale techniques. The use of an ion-modulated type of organic field effect transistor (OFET) not only enabled low-voltage operation and printability, but was also found to result in low sensitivity to the surface roughness of the substrate. This allows not only the use of low-cost plastic substrates, but even the use of paper as a substrate. However, while absorption into the porous paper surface is advantageous in a graphical printing process, by reducing the spreading and the coffee-stain effect and by improving the adhesion, it provides great challenges when applying thin electrically active layers. In spite of these difficulties we were able to demonstrate the first low-voltage OFET to be fabricated on paper. We have also shown that low-cost incandescent lamps can be used for sintering printed metal-nanoparticles, and that the process was especially suitable on paper and compatible with a roll-to-roll manufacturing process.

Nästan all elektronik idag är baserad på oorganiska transistorer, men det är faktiskt även möjligt att tillverka transistorer genom att använda olika organiska material, t.ex. polymerer som är elektriskt isolerande, halvledande och ledande. Den främsta fördelen med denna s.k. plastelektronik över konventionell oorganisk elektronik ligger dock inte i de elektriska egenskaperna, utan snarare i lösligheten hos dessa polymerbaserade material, vilket i princip gör det möjligt att använda trycktekniker för att tillverka billig och böjbar elektronik, såsom displayer, sensorer och smarta etiketter. Än så länge tillverkas dock organiska transistorer främst med hjälp av laboratorietekniker i liten skala, och att ersätta dessa med masstillverkningsmetoder är inte helt oproblematiskt, speciellt om transistorerna skall drivas vid låg spänning med t.ex. batterier eller solceller. I avhandlingen visas att man trots detta kan tillverka en sorts jonmodulerad lågspänningstransistor helt och hå llet med trycktekniker och ändå uppnå samma prestanda som med laboratorietekniker, samt att denna organiska transistor dessutom är relativt okänslig för ojämnheter på substratet och till och med kan tryckas direkt på papper.