Chips von der Rolle
Physik Journal - Durch kombinierte gängige Druckverfahren lassen sich elektronische Schaltungen einfach drucken.
Einfache Elektronik-Schaltungen könnten sich zukünftig über Druckverfahren sehr viel günstiger herstellen lassen als mit aufwändigen, lithographischen Methoden. Doch für die schnelle Massenfertigung müssen die Druckprozesse optimal an die verwendeten Materialien, seien es Leiter, Halbleiter oder Isolatoren, angepasst werden. Dies gelang nun Forschern vom Institut für Print- und Medientechnik der TU Chemnitz (pmTUC) und vom Chemiekonzern BASF. Sie beschichteten eine bis zu 15 Zentimeter breite Trägerfolie aus Polyethylen (PET) in vier Schritten mit elektronischen Schaltkreisen. Bei der Herstellung von so genannten Ringoszillatoren aus insgesamt 14 Transistoren erreichten sie pro Schicht eine mittlere Druckgeschwindigkeit von knapp einem Meter pro Sekunde.
Die geschickte Kombination gängiger Druckverfahren ermöglicht eine günstige Massenfertigung einfacher elektronischer Schaltungen. (Foto: pmTUC, TU Chemnitz)
Das Team um den Chemnitzer Forscher Arved Hübler griff dabei gleich auf drei verschiedene Massendruckverfahren zurück. Zunächst legten sie im Offsetdruck die Grundlage mit einer Schicht für die Source- und Drain-Komponenten (Dicke: 1 Mikrometer) aus dem leitfähigen Kunststoff Polyethylenedioxythiophene (PEDOT). Darauf folgte die 200 bis 300 Nanometer dünne Halbleiterlage aus einem Polythiophen (F8T2), für die sie ein Tiefdruckverfahren nutzten. Darüber druckten sie eine Isolatorschicht auf der Basis eines mit Barium-Titanat dotierten Polymers (~ 7 µm) mit einer Hochdrucktechnik mit flexiblen Druckformen (Flexodruck). Den Abschluss bildete wieder eine PEDOT-Schicht im Offset-Verfahren, in der die Gates der Transistoren liegen.
Zwischen jedem der vier Druckprozesse müssen die einzelnen Schichten für etwa eine Sekunde trocknen. Dabei verflüchtigen sich die jeweiligen Lösungsmittel auf wässriger oder organischer Basis. Bisher lassen sich mit diesem kombinierten Druckprozess Strukturen von rund 100 Mikrometern Größe herstellen. Für konkrete Anwendungen, etwa für die Herstellung von Funkchips (RFID) oder gar von gedruckten Displays, ist dies allerdings noch zu grob. Aber in weiteren Entwicklungsschritten wollen Hübler und Kollegen die Strukturen auf bis zu fünf Mikrometer schrumpfen lassen. Mit einer industriellen Massenfertigung von günstigen Chips, so Hübner, auf der Basis von leitfähigen Polymeren sei bis zum Ende dieses Jahrzehnts zu rechnen.
Jan Oliver Löfken
Quelle: Physik Journal, November 2005
