Printed and low-temperature-processed indium oxide thin-film transistors for flexible applications

Painotekniikkaa ja mikroelektroniikkaa yhdistävää tieteenalaa kutsutaan usein painetuksi elektroniikaksi. Painettuja ohutkalvotransistoreita (engl. thin-film transistor, TFT) voidaan pitää näiden teknologioiden yhdistelmän huipentumana. Näytöissä ja digitaalisissa röntgendetektoreissa olevat amorfiseen piihin perustuvat (a-Si) TFT:t valmistetaan perinteisesti käyttäen tyhjiökasvatusmene-telmiä, korkeaa valmistuslämpötilaa (> 250 °C) ja taipumatonta alustaa. Uusien puolijohdemate-riaalien, kuten orgaanisten- ja metallioksidipuolijohteiden, kehitystä ohjaavat taipuisien sekä orgaanisiin valodiodeihin (OLED) perustuvien näyttöjen asettamat vaatimukset komponenttien taipuisuudelle sekä puolijohteen suorituskyvylle. Orgaanisia ohutkalvotransistoreita (OTFT) voidaan valmistaa taipuisille alustoille käyttäen painomenetelmiä ja matalaa lämpötilaa (<150 °C), kun taas metallioksideihin perustuvat TFT:t tarjoavat näitä paremman suorituskyvyn mutta ovat valmistettu joko käyttäen tyhjiömenetelmiä tai liuosprosessia ja korkeaa lämpötilaa (> 300 °C). Tämä väitöskirja keskittyy metallioksidipuolijohteiden valmistukseen painotekniikoita käyttäen ja sisältää tietoa materiaalien, painomusteiden ja valmistusprosessien kehittämisestä, sekä painettujen TFT:iden valmistuksesta, karakterisoinnista ja mallintamisesta. Julkaisussa [I] osoitetaan, että ohuita, painettuja indiumoksidikerroksia (In2O3) voidaan käyttää avaustyypin transistoreissa, kun valmiit komponentit stabiloidaan paistamalla niitä matalassa lämpötilassa. Tämän lisäksi osoitetaan ensimmäisen kerran, että fleksopainoa käyttäen voidaan valmistaa taipuisalle alustalle In2O3 TFT:itä, joiden suorituskyky ylittää a-Si TFT:t ja painetut OTFT:t. Liuosprosessiin perustuvien metallioksidien korkeaa valmistuslämpötilaa voidaan laskea käyttäen Julkaisussa [II] ja Julkaisussa [III] esiteltyä menetelmää, joka perustuu matalan aallonpituuden ultravioletti-säteilyn ja lämmityksen yhteisvaikutukseen. Tätä menetelmää käyttämällä osoitetaan, että muste-suihkutulostettuja In2O3 puolijohteita voidaan valmistaa matalassa lämpötilassa taipuisille ja edullisille muovialustoille. Julkaisussa [IV] osoitetaan, että sulkutyyppisillä TFT:illä kuormattuja, korkean vahvistuksen omaavia yksipolaarisia inverttereitä voidaan valmistaa mustesuihku-tulostusta ja In2O3 puolijohteen sähköisten ominaisuuksien paksuusriippuvuutta hyödyntämällä. Yhteenvetona voidaan todeta, että metallioksidipuolijohteita on mahdollista valmistaa taipuisille alustoille matalaa lämpökäsittelylämpötilaa ja teollisen mittakaavan painomenetelmiä käyttäen. Tulevaisuudessa painettuja metallioksidiohutkalvotransistoreita voidaan mahdollisesti käyttää sovelluksissa, kuten esimerkiksi bio- ja suuren pinta-alan antureissa, taipuisissa näytöissä ja integroiduissa sekä analogisissa piireissä, joiden ominaisuuksia on analysoitu tässä väitöskirjassa.