Electrical characterization of electronic circuits produced by inkjet printing

Dissertação de Mestrado, Engenharia Electrónica e Telecomunicações, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2014

Impressão a jato de tinta tem atraído a atenção como uma nova tecnologia para a produção de dispositivos semicondutores, de grande área, a baixo custo. A eletrónica impressa irá ser fina, leve, flexível e inofensiva para o meio ambiente. Além disso, esta tecnologia possibilita a criação de uma ampla gama de componentes e circuitos eletrónicos que podem ser produzidos em massa e integrados em novas aplicações, como por exemplo nos dispositivos portáteis. Esta dissertação reflete o trabalho efetuado na caraterização elétrica de dispositivos eletrónicos impressos a jato de tinta. Resumidamente, dois tipos de dispositivos foram estudados: (a) transístores de efeito de campo em estrutura MIS (Metal-Isolador- Semicondutor) e (b) díodos retificadores. Foram abordados vários aspetos relacionados com os parâmetros individuais do dispositivo, nomeadamente, foi estudada a estabilidade operacional quando o dispositivo é sujeito a uso contínuo, efeitos de envelhecimento, variabilidade e escalabilidade. Foram fabricados e caracterizados circuitos lógicos de inversor e de porta NAND. Vários tipos de díodos retificadores foram avaliados em termos de resposta em frequência. Díodos Schottky, díodos compostos em estrutura MIS e transístores conetados como díodos. A propriedade incomum de retificação dos díodos em estrutura MIS é explicada. O díodo de tipo Schottky foi utilizado juntamente com um condensador impresso para montar um circuito retificador de meia-onda. Demonstra-se ainda, que este circuito é capaz de produzir um sinal DC retificado quando recebe na entrada uma onda sinusoidal com a frequência de 13.56 MHz. O uso deste circuito retificador como um bloco na construção de uma etiqueta de identificação por radiofrequência (RFID tag) é analisado.

Ink-jet printing has been attracting attention as a new technology for low-cost, largearea production of semiconductor devices. Printed electronics will be thin, lightweight, flexible and environmentally friendly. Furthermore the technology enables a wide range of electrical components and circuits that can be massively produced and integrated in new applications such as wearable devices. This thesis reflects the work done in the electric characterization of electronic inkjet printed devices. Basically, two types of devices were studied: (a) metal-insulator semiconductor (MIS) field effect transistors and (b) rectifying diodes. We address several aspects related with individual device parameters, namely we studied the operational stability under continuous operation, ageing effects, variability and scalability. Inverter and NAND logic gate circuits were also fabricated and characterized. Several types of rectifying diodes were assessed in terms of their frequency response. Schottky type diodes, MIS capacitor diodes and diode connected transistors. The unusual rectifying property of MIS diodes is explained. The selected Schottky type diode, was used together with a printed capacitor to assemble a half-wave rectifying circuit. It is shown that this circuit provides a DC rectified signal when excited by a sinusoidal input at the frequency of 13.56 MHz. The use of this rectifying circuit as a building block for a radio frequency identification (RFID) tag is discussed.