Mojzes Imre. A szerves anyagok alkalmazása a mikro- és optoelektronikai áramkörökben újszerű alkalmazások lehetőségét nyitja meg.



Hasonló dokumentumok
Plasztronika Mojzes Imre

Áttörés a szolár-technológiában a Konarka-val?

Textíliák felületmódosítása és funkcionalizálása nem-egyensúlyi plazmákkal

A polimer elektronika

Fényérzékeny amorf nanokompozitok: technológia és alkalmazásuk a fotonikában. Csarnovics István

Elektromosságot vezető szerves polimerek a XXI. század műanyag fémei

9. Gyakorlat - Optoelektronikai áramköri elemek

NAPELEMEK KÖRNYEZETI SZEMPONTÚ VIZSGÁLATA AZ ÉLETCIKLUS ELEMZÉS SEGÍTSÉGÉVEL. Darvas Katalin

Bevezetés az analóg és digitális elektronikába. V. Félvezető diódák

Újabb eredmények a grafén kutatásában

Food Processing Equipment. NEAEN Unicook ATMOSZFÉRIKUS NYOMÁSON SZAKASZOSAN ÜZEMELŐ FŐZŐÜST

Elektromos áram. Vezetési jelenségek

MÉRNÖKI ANYAGISMERET AJ002_1 Közlekedésmérnöki BSc szak Csizmazia Ferencné dr. főiskolai docens B 403. Dr. Dogossy Gábor Egyetemi adjunktus B 408

Jegyzetelési segédlet 8.

A jövő anyaga: a szilícium. Az atomoktól a csillagokig február 24.

Nanotudományok vívmányai a mindennapokban Lagzi István László Eötvös Loránd Tudományegyetem Meteorológiai Tanszék

PhD kutatási téma adatlap

G04 előadás Napelem technológiák és jellemzőik. Szent István Egyetem Gödöllő

MIKRO-TÜKÖR BUDAPEST UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND ECONOMICS DEPARTMENT OF ELECTRONICS TECHNOLOGY

Aerogél alapú gyógyszerszállító rendszerek. Tóth Tünde Anyagtudomány MSc

Az Internet jövője Internet of Things

Házi feladat témák: Polimerek alkalmazástechnikája tárgyból, I félév

2. Technológia és infrastrukturális beruházások

HŐBONTÁSON ALAPULÓ GUMI- ÉS MŰANYAG HULLADÉK HASZNOSÍTÁSA, HAZAI FEJLESZTÉSŰ PIROLÍZIS ÜZEM BEMUTATÁSA.

A napelemek fizikai alapjai

A jelen fényforrása a LED

MŰANYAGOK ALKALMAZÁSA

MÉRÉSI UTASÍTÁS. A jelenségek egyértelmű leírásához, a hőmérsékleti skálán fix pontokat kellett kijelölni. Ilyenek a jégpont, ill. a gőzpont.

Innovációs lehetőségek a szennyvíziszap kezelésében

TECHNOLÓGIAI RENDSZEREK 01.

A töltéshordozók meghatározott irányú rendezett mozgását elektromos áramnak nevezzük. Az áram irányán a pozitív részecskék áramlási irányát értjük.

Műanyagok tulajdonságai. Horák György

VASTAGRÉTEG TECHNOLÓGIÁK

Kombinációs hálózatok és sorrendi hálózatok realizálása félvezető kapuáramkörökkel

Biomolekuláris nanotechnológia. Vonderviszt Ferenc PE MÜKKI Bio-Nanorendszerek Laboratórium

Aktuátorok korszerű anyagai. Készítette: Tomozi György

Villamosipari anyagismeret. Program, követelmények ősz

9. Laboratóriumi gyakorlat NYOMÁSÉRZÉKELŐK

BETON A fenntartható építés alapja. Hatékony energiagazdálkodás

Kísérleti üzemek az élelmiszeriparban alkalmazható fejlett gépgyártás-technológiai megoldások kifejlesztéséhez, kipróbálásához és oktatásához

A napenergia alapjai

3. Laboratóriumi gyakorlat A HŐELLENÁLLÁS

LED LCA. LED-ek környezeti értékelése Életciklus-elemzés alapján

Mobilforradalom: a kijelzők világa. Írta: László Ferenc október 16. szerda, 14:50

A KVDST410 típusú infravörös hőmérő kezelési útmutatója

A napelemek környezeti hatásai

Napenergia rendszerek létesítése a hazai és nemzetközi gyakorlatban

A projekt rövidítve: NANOSTER A projekt időtartama: október december

Képernyő. monitor

5. Laboratóriumi gyakorlat. A p-n ÁTMENET HŐMÉRSÉKLETFÜGGÉSE

2. előadás. Radio Frequency IDentification (RFID)

Napenergia beruházások gazdaságossági modellezése

-A radioaktivitás a nem stabil (úgynevezett radioaktív) atommagok bomlásának folyamata. -Nagyenergiájú ionizáló sugárzást kelt Az elnevezés: - radio

3M Novec tisztító aeroszolok

Perifériáknak nevezzük a számítógép központi egységéhez kívülről csatlakozó eszközöket, melyek az adatok ki- vagy bevitelét, illetve megjelenítését

Házi feladat (c) Dr Mikó Balázs - Gyártástechnológia II.

Napelemes rendszerek teljes életciklus elemzése

Katalízis. Tungler Antal Emeritus professzor 2017

RFID rendszer felépítése

Élelmiszer terméklánc és az egymásrautaltság. Termelők, alapanyag beszállítók és a feldolgozóipar

A polimer elektronika

Összefoglaló a GOP /A es kutatásfejlesztési projektről.

DIPLOMAMUNKA TÉMÁK AZ MSC HALLGATÓK RÉSZÉRE A SZILÁRDTEST FIZIKAI TANSZÉKEN 2018/19.II.félévre

A KVDST440 típusú infravörös hőmérő kezelési útmutatója

Bio Energy System Technics Europe Ltd

Moore & more than Moore

Mi is az a NANOTECHNOLÓGIA?

Mi van a Lajtner Machine hátterében?

Foglalkozási napló a 20 /20. tanévre

Anyagismeret. Az anyagtudomány szerepe

Az anyag tulajdonságaitól a felhasználásig - természetes alapanyagok és hulladékok hasznosítását megalapozó kutatások

Felhasználói kézikönyv

Polimer nanokompozit blendek mechanikai és termikus tulajdonságai

Internet of Things 2

Tartalomjegyzék LED hátterek 3 LED gyűrűvilágítók LED sötét látóterű (árnyék) megvilágítók 5 LED mátrix reflektor megvilágítók

Több komponensű brikettek: a még hatékonyabb hulladékhasznosítás egy új lehetősége

Műanyagok alkalmazása

TECHNOLÓGIAI RENDSZEREK 02.

SOIC Small outline IC. QFP Quad Flat Pack. PLCC Plastic Leaded Chip Carrier. QFN Quad Flat No-Lead

ELLENÁLLÁSOK HŐMÉRSÉKLETFÜGGÉSE. Az ellenállások, de általában minden villamos vezetőanyag fajlagos ellenállása 20 o

ENERGIA- MEGTAKARÍTÁS HŐVISSZANYERÉS A FÜRDŐVÍZBŐL RÉZCSÖVEK SEGÍTSÉGÉVEL RÉZZEL SOROZAT/ 1

Nanofizika, nanotechnológia és anyagtudomány

Háztartási hűtőgépek életciklus vizsgálata - Esettanulmány

Mi a bioszén? Hogyan helyettesíthetjük a foszfor tartalmú műtrágyákat

Újrahasznosítási logisztika. 8. Szétszerelési folyamatok logisztikája

Szárazjeges tisztítás hatásai hegesztő szerszámokon 2012 GESTAMP 0

Szénszálak és szén nanocsövek

ÜDVÖZÖLJÜK A NAPKOLLEKTOR BEMUTATÓN!

Morzsák a Közép-Dunántúl sikeres mezőgazdasági és élelmiszeripari projektjeiből

INFRA HŐMÉRŐ (PIROMÉTER) AX Használati útmutató

OH720, OP720, HI720, HI722 Automatikus tűzérzékelők Analóg-címzett C-NET hurok

1. Egy lineáris hálózatot mikor nevezhetünk rezisztív hálózatnak és mikor dinamikus hálózatnak?

MEMS, szenzorok. Tóth Tünde Anyagtudomány MSc

Határfelületi jelenségek. Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 3. Általános anyagszerkezeti ismeretek. N m J 2

Szepes László ELTE Kémiai Intézet

Békéscsabai Kemény Gábor Logisztikai és Közlekedési Szakközépiskola "Az új szakképzés bevezetése a Keményben" TÁMOP

Nagy János. PROLUX Kft ügyvezető Világítástechnikai Társaság elnöke

DURMA VS CNC típusú állítható vágószögű hidraulikus lemezolló

TECHNOLÓGIAI RENDSZEREK 04.

Szerszám és kiegészítő anyagok katalógusa és árjegyzéke

Átírás:

5. A PLASZTRONIKA Mojzes Imre A szerves anyagok alkalmazása a mikro- és optoelektronikai áramkörökben újszerű alkalmazások lehetőségét nyitja meg. 1. Megnevezés és rövid leírás A plasztronika alatt olyan elektronikai elemeket értünk, amelyek szerves molekulákból épülnek fel. Használják még a molekuláris, szerves és biológiai elektronika megnevezést is. Két nagy csoportot különböztethetünk meg: hagyományos félvezető eszközök organikus félvezetőkből felépítve: elektrolumineszcens eszközök szerves tranzisztorok szerves lézerek szerves napelemek új félvezető eszközök nanodimenzióval: memória áramkörök diódák tranzisztorok. A terület hajtóereje egyértelműen az optoelektronika, a legfontosabb alkalmazások a kijelzők és világító eszközök. Lényeges még az olcsó, elsősorban hőérzékelő SZENZOROK területe. 2. Jelenlegi helyzet jellemzése Bár a polimereket általában szigetelőként ismerjük, azonban alkalmazásuk mikroelektronikai aktív eszközök létrehozásában is igen jelentős előnyöket jelent. Heeger és munkatársai 1977-ben vették észre, hogy a poliacetilén n és p típusú adalékolásával az anyag vezetőképessége több nagyságrendet javul, s elérheti a réz vezetőképességét. A felfedezés jelentőségét mutatja, hogy Heeger, MacDiarmid és Shirakawa 2000-ben e felfedezésért kémiai Nobel-díjban részesült. A kutatások később megmutatták azt is, hogy nem csak polimerekben, hanem kismolekulájú szerves anyagokban is előidézhetőek ezek a jelenségek. A kismolekulájú anyagok azonban termikusan kevésbé stabilak, s hamarabb kristályosodnak. M ÁSODIK KÖTET 2005. DECEMBER 41

A polimerek oldalágainak módosításával szerves oldószerekben, de akár vízben is oldódó változatokat állítottak elő. Ekkor az anyag centrifugálással, spray formában is felvihető szinte tetszőleges hordozót vezető réteggel beburkolva. A polimerekbe kismolekulájú és/vagy nanorészecskéket bevíve az elektromos és az optikai tulajdonságok széles skálán változtathatóak. A kismolekulájú anyagok általában vákuumban vihetőek fel, ahol nagy szerepet játszik a molekulasugaras EPITAXIA módosított változata, a szerves molekulasugaras leválasztás (organic molecular beam deposition OMBD). Az eszközfejlesztés itt is az anyagtulajdonságok függvénye, elsősorban a kisebb igényű, olcsóbb eszközöket lehet így előállítani. A fényemittáló eszközök fejlesztése előbbre tart, mint a tranzisztorok és INTEGRÁLT ÁRAMKÖRök színvonala. Az alkalmazásoknak határt szab az anyagokban mérhető alacsony MOZGÉKONYSÁG, amelyet az alábbi táblázat szemléltet. Anyag n-gaas 7000 n-si 1500 p-si 500 Poliszilícium 100-150 Amorf Si 1 Kismolekulájú szerves anyag 1 Polimer 10-3 10-1 Szobahőmérsékleti mozgékonyság cm 2 /Vs 1. táblázat: Néhány jellegzetes mozgékonyság érték szobahőmérsékleten A polimerek között is kiemelkedő szerephez juthat a poliimid, amely magas hőmérsékletekig ( 200 o C) használható, a mikrohullámot kevéssé nyeli el. Korábbi kísérleteink azt mutatták, hogy az anyag KrF lézerrel jól megmunkálható, ezüst alapú sók, vagy az anyag elszenesítésével vezető pályák alakíthatóak ki benne. Az elszenesedett részecskék nanostruktúrát alkotnak. A szerves félvezetők köre széles, a mikroelektronikai alkalmazások szempontjából lényeges anyagokat a 2. táblázat tartalmazza. Anyag Mozgékonyság cm 2 V -1 sec -1 Oldékonyság, Bevonatképzés Pentacén 1..5 Oldhatatlan, hőkezelést igényel Sajátvezetés Tiofén 10-3..10-1 Jó, hőkezelést igényel Nehéz alacsony sajátvezérlést elérni Poliarilamin gyártmány) (Avecia Jó Stabilitás Közepes Nagyon gyenge 5x10-3 Kiváló Kiváló Kiváló 2. táblázat: A fontosabb szerves félvezetők (Forrás: mstnews 5/2003 p.8) M ÁSODIK KÖTET 2005. DECEMBER 42

A szerves anyagokban jelenleg elérhető igen alacsony MOZGÉKONYSÁG behatárolja alkalmazási területüket. Várhatóan az érzékelés például hőmérsékletmérés és a világító eszközök terén lesz jelentős alkalmazásuk. 3. A várható fejlődés eredményének jellemzése A lehetséges technológiai fejlődést a szerves LED-eken (OLED Organic LED) felépülő kijelzők példáján szemléltetjük. Azon túlmenően, hogy nem igényelnek háttér megvilágítást, az alábbi előnyös tulajdonságokkal fognak rendelkezni: korlátlan láthatósági szög gyors működés (100 1000-szer gyorsabb, mint az LCD panel) nagyobb fényesség (150 cd/m 2 ) nagy kontraszt (>100:1) széles üzemi hőmérséklettartomány. Egy másik várható eredmény a feltekerhető, tapéta árban előállított műanyag napelem lesz. Itt mind a FOTOVOLTAIKUS ANYAG, mind az elektródák és a hordozók szerves műanyagok lesznek. Itt is a nagy felületek játszanak igen előnyös szerepet. Egyetemi kutatóhelyek, mintadarabok, EU kooperáció A fejlesztésben megjelennek mint alternatív lehetőségek, néhány tömeges alkalmazás 2005 2010 2015 Nincs mérhető aktivitás OLED eszközök elterjedtek a háztartásokban és a mobil telefoniában Az alkatrészek megjelennek az összeszerelésben Hazai alapkutatás indul 1. ábra: Várható fejlődés 2005-2015 M ÁSODIK KÖTET 2005. DECEMBER 43

4. Szükséges technológiai előfeltételek Az IKT más területein nincs a fejlődésnek semmiféle külön előfeltétele. Az ember gép INTERFÉSZként definiálható kijelzők például valamilyen formában még sokáig szükségesek lesznek, bárminemű javításra lesz kereslet a piacon. A technológia fejlesztése itt elsősorban a szerves anyagok technológiájának fejlesztését és az analitika fokozott alkalmazását jelenti. A műanyagok utómegmunkálása jelentősen fejlődni fog, ezzel alapvetően megváltoztathatják egy felület tulajdonságait és/vagy az adalékolással új elektromos jellemzőket állíthatnak be. 5. Folyamatban lévő kutatások, fejlesztések Az angol Plastic Logic cég kezdte meg flexibilis röntgen képernyő gyártását. Az érzékelést olyan áramkör végzi, amelyet poliimid filmre nyomtatással visznek fel. Költségét tekintve még az analóg röntgen filmnél is olcsóbb. A termék 18 hónapja keletkezett, máris kísérleti gyártásban van. Elsősorban a Harmadik Világba szállítandó röntgenkészülékekbe szánják, mivel ott nagy a készülékhiány és igen lényeges a ráfordítások (cost of ownership) alacsony szinten tartása. Jelentős lehet állatorvosi alkalmazása is, mivel a filmet helyettesítő műanyag érzékelő mérete nem korlátozott. A nyugati piac méretét évi 250 millió USD-ra becsülik. A SZENZOROK terén igen perspektivikus kutatások folynak az Oak Ridge National Laboratory és a University of Tennessee-ben, ahol a szerves és a szervetlen anyagokból álló érzékelők kutatását végzik. Itt a kvarc sajátrezgését használják fel igen érzékeny gázérzékelők létrehozására. Igen elterjedten kutatott terület a rádiófrekvenciás azonosítók (RFID) területe, ami igazi tömegtermék. Minél több alkatrészt valósítunk meg benne plasztronika segítségével, annál versenyképesebb árú termék jön létre. Itt sem fontos a gyors működés, bár jelentős erőfeszítés történik a töltéshordozó MOZGÉKONYSÁG növelésére. (Az elmúlt 15 évben a szerves félvezetők MOZGÉKONYSÁGa öt nagyságrendet javult. Hasonló méretű javulásra már nem számíthatunk, de a mai értékek is már lehetővé teszik eszköz-struktúrák kialakítását.) 6. Az IKT más területeire való hatások bemutatása Elsősorban az előnyös tulajdonságok azok, amelyek hatást fejtenek ki. Ezek: Az integritás lehetővé teszi, hogy a molekuláris szinttől felfelé eszközöket hozzunk létre, amelyekben az egyes anyagok többféle (elektronikus, fotonikus) hatásokat is integráljanak. Az így létrehozott eszközök könnyűek, kis fogyasztásúak, azaz a hordozhatóság, valamint a repülő és űripar M ÁSODIK KÖTET 2005. DECEMBER 44

szempontjából vonzóak. Az önszerveződő kémiai technológia alacsony költséget tesz lehetővé. A tintasugaras nyomtatás és/vagy más nyomtatási technológia olcsó tömeggyártást tesz lehetővé, kis energiaráfordítással. A nyomtatási technológia nagyfelületű eszközök (napelemek, antennák) olcsó előállítását ígéri. Az előállítható eszközök sokszínűségét az is fokozza, hogy a szerves anyagok lényegesen nagyobb számban léteznek és állíthatóak elő. Ez a sokszínűség úgy is fokozható, hogy a polimerek láncai végére szervetlen anyagokat, akár komplett funkcionális blokkokat csatlakoztatunk. A szerves és szervetlen anyagok integrálásával olyan rendszereket hozhatunk létre, amelyek elektromos, kémiai tulajdonságai méretezhetőek. Ezek váza lehet egy szénszál, amelyre ráépíthetjük a polimereket. A nagyfelületű eszközök előállítása a textilipari technológiákkal (szövés, fonás) tovább bővíthető. Ezek az eszközök szerepet kapnak az elektromágneses kompatibilitás terén (árnyékolás igen nagy felületen, akár lakóház méretben). Ugyanez az árnyékolás antennaként is használható lesz. A piezo szálak segítségével igen környezetkímélő energiaellátás valósul majd meg. A kijelzők terén a szén nanocsöves kijelzők ma már felülmúlják az LCD kijelzőket, frekvenciaválaszuk nagyságrendekkel javul. A jelenleg kapható 14 inches átlójú megjelenítőket lényegében tetszőleges méretűre növelhetik, mivel előállításuk üveglemezre, a szitanyomtatáshoz hasonló technológiával történik. 7. Társadalmi-gazdasági hatások elemzése A társadalmi-gazdasági hatások közül csak az utóbbit vizsgáljuk, mivel közvetlen társadalmi hatása a területnek nincs. Gazdasági vonatkozásban két területen látunk számottevő hatást, ez az energiafelhasználás és a környezetvédelem. Az energiafelhasználásnál az első előny az eszközöknek magának az előállítása. Míg egy monolit szilícium napelem működése során alig termel több energiát, mint az előállításához szükséges energia mennyiség, itt ez a mutató sokszorosan jobb. A plasztronikai elemek előállítása során elmaradnak a magashőmérsékletű olvasztási, kristályosítási, diffúziós stb. technológiai lépések. További előnyt jelent a felhasználás során megvalósuló alacsony energiafogyasztás, ami különösen a hordozható készülékek esetében lényeges. Így a szerves anyagú LED-ek nem igényelnek háttérvilágítást, mint az LCD kijelzők. A környezetvédelmi előnyök a kisszámú alkalmazás miatt egyelőre még nem számottevők. Ma még nem eléggé ismert előnyt jelent az, hogy a készülékek életgörbéje végén kevesebb, kisebb tömegű, jól tömöríthető elektronikus hulladék keletkezik, ezek várhatóan könnyebben újrahasznosíthatóak, mint például az üveget is tartalmazó eszközök hulladékai. M ÁSODIK KÖTET 2005. DECEMBER 45

8. Magyar vonatkozások A területet reprezentáló alkatrészek elsősorban a korszerű beszállítói ágazatokban alkatrészként jelennek meg. Itt elsősorban a mobil kézibeszélők terén várható nyitás. Egy-két hazai fejlesztési eredmény és/vagy számítógépes szimuláció beépülhet ezekbe az alkatrészekbe. A rádiófrekvenciás azonosítók terén várható hazai termelés, ez feltehetően licenc alapján történik. Várhatóan a hazai szénszál bázison lesz szén nanocső termelés, itt originális hazai fejlesztési eredmények is várhatóak. 9. Következtetések A szerves anyagok funkcionális elektronikai és optoelektronikai elemként való alkalmazása igen megsokszorozza a konstrukció és technológia lehetőségeit. Az alkalmazásokat a multifunkcionalitás, a tömeg- és térfogatcsökkenés jellemzi. Az eszközök stabilitása és várható élettartama messze elmarad a szervetlen félvezető anyagok hasonló tulajdonságaitól. A szerves anyagok közül kiemelkedő szerepet fog játszani a szén nanocső. A jelenleg vizsgált nagy mennyiségű és sokféle nanocső alapanyagból várhatóan csak néhány lesz a gyakorlatban is alkalmazható. Az anyagcsoport mind a tömeges alkalmazások például hőmérsékletszenzor, mind az egyedi űr és repülésipari megoldásokig igen perspektivikus. Tömeges alkalmazást fognak jelenteni az RFID-k. M ÁSODIK KÖTET 2005. DECEMBER 46