La electrónica de plástico impreso es una alternativa potencial a los
transistores de silicio que podría reducir de forma extraordinaria los costes
Las pantallas de televisión de gran tamaño y los
monitores portátiles hechos de una sola capa de plástico flexible pueden estar
más cerca la realidad como resultado de los nuevos materiales presentados por
los investigadores de Xerox Corporation.
Beng Ong, investigador del Centro de Investigación de Xerox de Canadá, definió
el diseño y la síntesis de polímeros orgánicos semiconductores de avanzada
tecnología que ofrecen patrones electrónicos de impresión en un substrato de
plástico – el plástico equivalente a los circuitos impresos en placas de silicio
– en una conferencia presentada en la Sociedad de Investigación de Materiales (MRS).
Los materiales experimentales de Ong poseen las extraordinarias propiedades
eléctricas que serían necesarias para imprimir circuitos de plástico. Pero a
diferencia de otros materiales que se degradan rápidamente cuando se exponen al
oxígeno, los materiales de Xerox son estables en el aire, un requisito
indispensable para la fabricación de bajo coste en condiciones ambientales.
Nadie más ha sido capaz de conseguir esta combinación en un material polímero.
Los transistores impresos en plástico auguran una alternativa de bajo coste y
fácil fabricación a los componentes electrónicos de silicio, que son difíciles
de fabricar y pueden costar hasta 10.000 dólares el metro cuadrado. La gama de
aplicaciones previstas incluye desde etiquetas de identificación en mercancías a
pantallas eléctricas de papel.
“Una de las principales ventajas de los transistores impresos en plástico es que
no necesitarán instalaciones y procedimientos de fabricación especializados y
costosos, mientras que los transistores de silicio necesitan entornos de
instalaciones ultra limpias, sistemas de vacío de alta temperatura y procesos
fotolitográficos complejos,” comentó Ong, un inventor que posee más de 110
patentes en los EEUU y que dirige el grupo de componentes electrónicos orgánicos
impresos de XRCC en Mississauga, Ontario.
El diseño de materiales específicos de gran rendimiento y el desarrollo de
sólidos procesos de impresión para la fabricación de dispositivos son desafíos
claves en la puesta en práctica de este concepto. Ambas son áreas donde Xerox
tiene conocimiento y experiencia. Sus científicos tienen una extensa trayectoria
de investigación productiva en materiales orgánicos conductivos, tecnologías de
impresión, y tecnología de dispositivos y sistemas – conocimiento y experiencia
que se puede encontrar en el corazón de los productos de copia e impresión de
Xerox.
Gracias a una subvención del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología, los
científicos de XRCC y del Centro de investigación de Palo Alto, una subsidiaria
de Xerox en Palo Alto, California, colaboran con equipos de los laboratorios de
Motorola y Dow Chemical para desarrollar nuevos materiales orgánicos
electrónicos y tecnologías de procesamiento que permitan la fabricación de
dispositivos electrónicos de grandes dimensiones, tales como pantallas, usando
tecnologías de impresión relativamente baratas en lugar de litografía de
semiconductores.
Ong y su equipo desarrollaron el material de tecnología avanzada estudiando
primero las características estructurales del polímero responsables de las
limitaciones en los materiales existentes, y desarrollando después normas de
diseño para evitar esas limitaciones. Los materiales se evaluaron en
dispositivos sencillos en XRCC, haciendo más pruebas de impresión experimental
en PARC y seleccionando empresas electrónicas de todo el mundo.
Xerox, juntamente con PARC, los otros miembros del consorcio NIST y con
compañías líderes en electrónica, está en proceso de evaluación de este nuevo
material experimental para su disponibilidad en múltiples aplicaciones
electrónicas impresas. Si estas evaluaciones continúan siendo tan prometedoras,
la intención de la compañía es comercializar con gran dinamismo el material en
la industria electrónica orgánica emergente.
Aparte de la reunión de MRS, Xerox está trabajando sobre los nuevos materiales
de Ong para componentes electrónicos impresos orgánicos y otras muchas
tecnologías de la compañía, incluyendo CarbonConXTM (una tecnología preferente
para componentes de conmutadores eléctricos), diodos orgánicos emisores de luz
(estructura de larga duración , Black CathodeTM, y materiales optoelectrónicos),
y microesferas de agregación por emulsión (usadas en los toneres de color EA de
Xerox y también utilizables en aplicaciones de asistencia personal y
biotécnica).
Acerca de los resultados de las investigaciones experimentales
En su presentación al MRS, Ong describió el diseño y las propiedades de nuevos
materiales de polietifeno, que son considerablemente mejores en diferentes
comportamientos que los polímeros establecidos actualmente. El material
semiconductor orgánico experimental desarrollado por su equipo es un cristal
líquido esméctico de segunda generación con movilidad de los transistores de
efecto de campo de hasta 0.12 centímetros cuadrados por segundo de Volt (cm2/V.s),
que es una medida de la velocidad del movimiento de los electrones por unidad de
campo eléctrico. Eso podría ser un orden de mayor magnitud que otras referencias
de polímeros medidas en la misma arquitectura de dispositivos.
Además, los coeficientes actuales de on/off están en una gama excelente de 106 a
107, y los dispositivos que contienen el material experimental de Xerox muestran
poca tensión de polarización, histéresis o instabilidad en el aire. Realmente,
el avance tecnológico conseguido por Ong y su equipo ha sido la unión de todas
estas propiedades extraordinarias de los transistores de capas delgadas
simultáneamente dentro de un material que se puede procesar en condiciones
ambientales. Esto no se había hecho nunca anteriormente.
El trabajo NIST de PARC se basa en su larga experiencia en electrónica de
grandes dimensiones fundamentada en silicio amorfo y policristalino. Ha
demostrado transistores de efecto de campo de polímeros impresos por inyección y
está desarrollando procesos para imprimir series matriciales activas completas.
domingo mayo 25, 2014