Коллоидные частицы серебра восстановили гибкий тонкопленочный транзистор
Почему может быть интересно ?
Способ можно применить для ремонта электронных устройств, используя вместо серебра микронный порошок припоя и силиконовую смазку.
Инженеры разработали способ автономного восстановления контакта в тонкопленочном транзисторе при помощи коллоидного раствора серебряных частиц в силиконовом масле. Электрическое поле в месте разрыва выстраивает частицы в цепочку, по которой и восстанавливается электрическая цепь. Характеристики транзистора после разрыва восстановили до 99 процентов от изначальных. А чтобы хранить коллоидный раствор прямо на плате и не бояться короткого замыкания, авторы ограничили его область смачиваемости с помощью олеофобного слоя на поверхности гибкой платы. Статья опубликована в журнале Advanced Electronic Materials.
Для гибких дисплеев и носимой электроники зачастую используют тонкопленочные транзисторы. В таких условиях электросхема испытывает множество нагрузок, способных вывести ее из строя. Для обеспечения целостности и гибкости схемы существует несколько подходов: гибкий проводник с малой жесткостью, сложная геометрия соединительной конструкции или же самовосстановление. Первый и второй подходы откладывают момент разрушения контакта, тогда как третий метод способен чинить уже разрушенное соединение, а потому в перспективе может оказаться более подходящим решением.
Самовосстановления контакта можно достичь разными способами: например, использовать жидкий металл, который в случае разрыва цепи восстанавливает связь, высвободившись из микрофлюидных каналов, хрупких диэлектрических оболочек или эластомерного субстрата. Также использовать можно и проводящие полимеры, способные к перестройке и самовосстановлению. Все подходы сравнительно эффективны, однако и у них есть свои проблемы: для восстановления часто необходимы специальные условия (особая влажность или магнитное поле) или редкие металлы, как галлий или индий. К тому же их использование усложняет процесс производства контактных связей.
Еще один подход к самовосстановлению — дисперсия проводящих частиц в диэлектрической среде. Электрическое поле, создающееся в месте разрыва цепи приводит к движению частиц и образованию с их помощью мостика между разорванными контактами. Это позволяет восстановить электрический контакт вне зависимости от причины разрыва, а также избегать короткого замыкания из-за малой концентрации проводящих частиц в дисперсии.
Ли Дин (Li Ding) с коллегами из Кембриджского университета и Индийского научного института создал коллоидный раствор проводящих частиц для самовосстановления напечатанных тонкопленочных транзисторов. Для его приготовления ученые использовали серебряный порошок и силиконовое масло. При образовании разрыва возникающее поле выстраивает проводящие частицы в цепочку между разорванными контактами. Из-за малой теплопроводности дисперсной среды все Джоулево тепло, выделяющееся из-за протекания тока, идет на расплавление серебряных частиц и образование сплошной цепи.
Для улучшения восстанавливающей способности инженеры изменяли размер, количество и поверхность серебряных частиц. По размеру частиц существует ограничение сверху: они должны быть на порядок меньше, чем размер капель при печати транзистора, однако чем меньше частицы, тем медленнее они будут образовывать устойчивый мостик между контактами. По количеству частиц так же были ограничения: система должна иметь как можно больше частиц, оставаясь при этом диэлектрической. В ходе подбора параметров ученые выбрали частицы серебра с размером в один микрометр и с концентрацией в 10-20 миллиграмм на миллилитр. Для предотвращения слипания частиц и их выпадения авторы статьи использовали масляную кислоту (C17H33COOH).