Chip di silicio individuali dalla Sassonia per la caratterizzazione dei materiali per l'elettronica stampata

Alcuni substrati OFET del Fraunhofer IPMS. © Fraunhofer IPMS / Substrati OFET tagliati dal Fraunhofer IPMS. © Fraunhofer IPMS

Sottostrato OFET del Fraunhofer IPMS come wafer. © Fraunhofer IPMS / Sottostrati OFET del Fraunhofer IPMS come wafer. © Fraunhofer IPMS

Sottostrato OFET del Fraunhofer IPMS in confezione a waffle. © Fraunhofer IPMS / Sottostrati OFET del Fraunhofer IPMS in confezione a waffle. © Fraunhofer IPMS

Quanto sono performanti i nuovi materiali? Un cambiamento delle proprietà porta a una migliore conduttività? All'Istituto Fraunhofer per i Sistemi Fotonici IPMS vengono sviluppati e prodotti substrati in silicio appositamente progettati per questo scopo. Ciò consente una caratterizzazione elettrica fondamentale del materiale, come ad esempio di una emulsione di grafene innovativa. Design personalizzati permettono di misurare sia materiali semiconduttori che conduttori.

I semiconduttori organici sono componenti chiave nell'elettronica organica e nelle celle solari fotovoltaiche. Verranno utilizzati per la produzione di dispositivi elettronici flessibili e celle solari stampate. Tipici di questa classe di materiali sono processi a bassa temperatura e la deposizione e strutturazione su larga scala con vari metodi di rivestimento e stampa. I materiali semiconduttori attivi determinano in modo significativo le prestazioni dell'intero sistema. Per questo motivo, una caratterizzazione elettronica semplice e affidabile della conduttività, della mobilità delle cariche, della resistenza di contatto e del rapporto corrente acceso/spento di questi semiconduttori è una condizione essenziale per sviluppatori di materiali e processi.

L'Istituto Fraunhofer IPMS sviluppa e produce substrati in silicio con strutture di transistor singoli in architettura a gate inferiore, utilizzati per la produzione di transistor a effetto campo organici (OFET) o per la caratterizzazione delle proprietà elettriche di materiali conduttori, ad esempio per l'elettronica organica fotovoltaica.

Il responsabile del progetto Thomas Stoppe spiega: «Nel settore della ricerca e sviluppo, i nostri substrati sono già affermati presso istituzioni di ricerca internazionali. Ora vogliamo concentrarci maggiormente su soluzioni personalizzate e sviluppiamo continuamente la tecnologia per poter soddisfare anche le esigenze dei partner industriali. In particolare nel campo dell'elettronica organica, esiste un mercato in forte crescita e i nostri substrati consentono una misurazione mirata, semplice e riproducibile delle proprietà elettriche di semiconduttori e materiali conduttori».

Le possibilità di caratterizzazione dei materiali sono state dimostrate con risultati recenti, come l'analisi di un'emulsione di grafene commerciale. Questi risultati saranno presentati alla conferenza iCampus-Cottbus iCCC2024 a maggio 2024 a Cottbus e successivamente pubblicati sulla rivista specializzata Journal of Sensors and Sensor Systems.

Già dal 9 al 12 aprile, i chip sviluppati verranno presentati alla fiera «analytica» a Monaco di Baviera. Gli interessati potranno incontrare gli esperti presso lo stand A3.407 dell'Istituto Fraunhofer IPMS. È possibile prenotare appuntamenti di visita in anticipo tramite il sito web dell'Istituto Fraunhofer IPMS.

Vantaggi dei substrati dell'Istituto Fraunhofer IPMS

L'accesso alla tecnologia microsistemica esistente dell'Istituto Fraunhofer IPMS offre vantaggi decisivi, tra cui la produzione altamente precisa e riproducibile dei chip e l'adattamento flessibile della tecnologia alle esigenze specifiche dell'applicazione target. Sono possibili diverse combinazioni di materiali e personalizzazioni delle strutture degli elettrodi o dello spessore del dielettrico. Ciò consente la produzione di ossidi di gate di alta qualità con spessori da 28 nm a 320 nm, che risultano in correnti di perdita di gate estremamente basse, fino a pochi pA, garantendo misurazioni di alta precisione. Per studiare gli effetti del processo di deposizione, sono previste diverse orientazioni delle strutture dei transistor.

La produzione avviene in ambiente sterile su wafer di silicio con ossido di silicio termico (SiO2). Uno strato brevettato di ossido di indio-stagno (ITO) funge da strato adesivo d'oro, migliorando affidabilità, precisione e riproducibilità e consentendo l'uso di questi substrati per il controllo qualità in aziende chimiche di piccole e grandi dimensioni.