Tryckbar transistor öppnar stora möjligheter

I sin avhandling visar Lars Herlogsson hur man kan bygga effektsnåla transistorer i vanliga polymerer. De kan sedan användas till tryckt elektronik och i sin tur ingå i flexibla skärmar och mycket annat. Avhandlingen har arbetats fram inom OPEN som finansieras genom SSF:s ramprogram.

Lars Herlogsson

Finessen med Lars Herlogssons forskning är att han bygger upp transistorer som kombinerar två polymerer; den ena fungerar som halvledare och den andra som elektrolyt. Polymerer består av sammanlänkade kedjor av molekyler. Tack vare att den ena typen av laddade partiklar i elektrolyten kopplas till polymerkedjan i den halvledande polymeren blir det aktiva skiktet, där det elektriska fältet koncentreras i gränsskiktet mellan elektrolyten och halvledaren, mycket tunt -1 nm. Detta oavsett hur tjockt skiktet med elektrolyt än är. Detta sker spontant, man behöver alltså inte skapa det tunna skiktet.

Tryckta transistorer bereder vägen för energisnåla och flexibla lösningar, som i mjuka skärmar, extremt energisnåla lysdioder och i stora skärmar där kisel helt enkelt blir för dyrt.

Genom att kombinera p- och n-kanaltransistorer (så kallade fälteffekttransistorer) har Lars Herlogsson byggt komplementära kretsar, CMOS–kretsar. Med dessa kan sedan man sedan bygga logiska funktioner som drivs vid låga spänningar med exceptionell låg effektförbrukning.

Låg drivspänning

Att det aktiva skiktet, där fältet koncentreras i elektrolyten, bara är en nm tunt, oavsett hur tjockt elektrolytskiktet är, innebär att drivspänningen kan hållas mycket låg. Då kan transistorerna drivas av tryckta batterier som ger ifrån sig en spänning kring 1 V. Att elektrolytskiktet kan göras lite tjockare, exempelvis 100 nm är däremot en förutsättning för att kunna använda konventionell tryckteknik där robusta komponenter är en förutsättning.

– Vi har lyckats komma ända ned till 0,2 V drivspänning. Det är världsrekord. Det har forskats mycket kring just detta med att få ned drivspänningen, eftersom man behöver komma ned till ungefär 1 V för att kunna använda tryckta batterier. Och kan man använda trycka batterier öppnar sig mängder med tillämpningar, dessutom enkla och billiga att skala upp, säger Magnus Berggren, professor vid institutionen för teknik och naturvetenskap vid Campus Norrköping, Linköpings universitet.

Från butikslarm till solceller

De elektroniska komponenter som kan tryckas på till exempel papper eller plastfolier kan både vara enskilda transistorer, lysdioder, sensorer eller hela system av många olika komponenter. Dessa kan sedan användas i system på förpackningar, inom diagnostik, som butiksalarm, för elektronik på gigantiska ytor mm, solceller på folie och mycket, mycket annat.

OPEN leds av professor Olle Inganäs. Handledare var förutom professor Magnus Berggren även universitetslektor Xavier Crispin.

Läs mer

Elektroniktidningen
Linköpings universitet