Chips de silicio individuales de Sajonia para la caracterización de materiales en electrónica impresa

Sustratos OFET individuales del Fraunhofer IPMS. © Fraunhofer IPMS / Sustratos OFET troceados del Fraunhofer IPMS. © Fraunhofer IPMS

Sustrato OFET del Fraunhofer IPMS como oblea. © Fraunhofer IPMS / Sustratos OFET del Fraunhofer IPMS como oblea. © Fraunhofer IPMS

Sustrato OFET del Fraunhofer IPMS en paquete de gofres. © Fraunhofer IPMS / Sustratos OFET del Fraunhofer IPMS en un paquete de gofres. © Fraunhofer IPMS

¿Qué tan eficientes son los nuevos materiales? ¿Una modificación de sus propiedades conduce a una mejor conductividad? En el Instituto Fraunhofer para Sistemas Microópticos IPMS se desarrollan y fabrican sustratos de silicio diseñados para ello. Esto permite la caracterización eléctrica fundamental del material, como por ejemplo, una emulsión de grafeno innovadora. Los diseños individuales permiten medir tanto materiales semiconductores como conductores.

Los semiconductores orgánicos son componentes clave en la electrónica orgánica y la fotovoltaica. Se utilizan para fabricar dispositivos electrónicos flexibles y células solares impresas. Características típicas de esta clase de materiales son procesos a baja temperatura y la deposición y estructuración en superficies mediante diversos métodos de recubrimiento y impresión. Los materiales semiconductores activos determinan en gran medida el rendimiento de todo el sistema. Por ello, una caracterización electrónica sencilla y fiable de la conductividad, movilidad de portadores de carga, resistencia de contacto y la relación de corriente encendida/apagada de estos semiconductores es un requisito fundamental para los desarrolladores de materiales y procesos.

El IPMS del Fraunhofer desarrolla y fabrica sustratos de silicio con estructuras de transistores individuales en arquitectura de puerta inferior, que se utilizan para la fabricación de transistores de efecto campo orgánicos (OFETs) o para la caracterización de propiedades eléctricas de materiales conductores, por ejemplo, para la fotovoltaica orgánica.

El director del proyecto, Thomas Stoppe, explica: «En el área de I+D, nuestros sustratos ya están establecidos en instituciones de investigación internacionales. Ahora queremos centrarnos más en soluciones personalizadas y continuamos desarrollando la tecnología para poder atender también de manera más efectiva las demandas de los socios industriales. Justamente en el campo de la electrónica orgánica existe un mercado en rápido crecimiento y nuestros sustratos permiten una medición dirigida, sencilla y reproducible de las propiedades eléctricas de semiconductores y materiales conductores».

Las posibilidades de caracterización de materiales se demostraron con resultados recientes, como el estudio de una emulsión de grafeno comercial. Estos resultados se presentarán en la conferencia iCampus-Cottbus iCCC2024 en mayo de 2024 en Cottbus y posteriormente se publicarán en la revista especializada Journal of Sensors and Sensor Systems.

Del 9 al 12 de abril, los chips desarrollados se presentarán en la feria especializada «analytica» en Múnich. Los interesados podrán visitar el stand A3.407 del Fraunhofer IPMS y conversar con expertos. Para ello, se pueden concertar citas de reunión previamente a través de la página web del Fraunhofer IPMS.

Ventajas de los sustratos del Fraunhofer IPMS

El acceso a la tecnología de microsistemas existente en el Fraunhofer IPMS ofrece ventajas decisivas, entre ellas la fabricación de chips con alta precisión y reproducibilidad, así como la adaptación flexible de la tecnología a las necesidades específicas de la aplicación objetivo. Así, es posible combinar diferentes materiales y realizar ajustes personalizados en las estructuras de electrodos o en el grosor del dieléctrico. Esto permite obtener óxidos de puerta de alta calidad con espesores de capa de 28 nm a 320 nm, lo que resulta en corrientes de fuga en la puerta extremadamente bajas, incluso en el rango de pA, conduciendo a mediciones de alta precisión. Para investigar las influencias del proceso de deposición, se contemplan distintas orientaciones de las estructuras de transistores.

La fabricación se realiza en salas limpias sobre obleas de silicio con óxido de silicio térmico (SiO2). Una capa patentada de óxido de indio y estaño (ITO) funciona como capa de adherencia al oro, mejorando la fiabilidad, la precisión y la reproducibilidad, y permitiendo el uso de estos sustratos para garantizar la calidad en pequeñas y grandes empresas químicas.