Пластиковая электроника

Под пластиковой или органической электроникой обычно понимают электронные компоненты, основой для создания которых являются полимеры, являющиеся полупроводниками в светодиодах и полностью замещающие кремний в микросхемах.

История

В 2000 году Алану Макдиармиду из Пенсильванского университета, Алану Хигеру из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре и Хидэки Сиракаве из Цукубского университета</span>^ru_en была присуждена Нобелевская премия по химии за то, что им впервые удалось превратить пластмассу в электрический проводник. Это открытие и результаты других исследований электрических свойств органических материалов открыли путь к новой электронике, основанной на органических материалах.

В 2004 году была создана пластмасса «Олиготрон» (Oligotron) американской компанией TDA Research по контракту с американским Национальным научным фондом. От прежних образчиков так называемой органической электроники новый материал отличается нерастворимостью в воде.

До «Олиготрона» лучшим выбором основы для разнообразной органической электроники, такой как органические светодиоды, был растворимый в воде Pedot (полиэтилендиокситиофен</span>^ru_en).

Позже Polymer Vision, «инкубатор технологий» Philips, изготовила дисплей с диагональю 5 дюймов и радиусом кривизны 2 см.

Параллельно с Philips и прочими ведущими компаниями, исследованиями занимались молодые фирмы, среди которых Cambridge Display Technologies</span>^ru_en (CDT) и Plastic Logic</span>^ru_en — две научно-исследовательские компании, базирующиеся в Кавендишской лаборатории Кембриджского университета.

CDT сумела создать светодиоды, основанные на полиэлектролитах (PLED, которые являются подгруппой органических светодиодов OLED), которые могут быть нанесены на пригодную к формовке, и даже гибкую основу, к примеру — листы ПЭТ.

Plastic Logic изначально специализировалась на использовании экзотических полимеров (полупроводников и проводников) и металлов в тонкопленочных транзисторах (TFT), что применяются в активных матричных соединительных платах, при помощи которых осуществляется контроль за дисплеями и выполняются прочие функции.

В настоящее время Plastic Logic является крупнейшей фирмой, производящей исследования в области развития пластиковой электроники и одна из немногих в мире компаний, разрабатывающая технологию полимерных соединительных плат.

Для создания пластиковой электроники применяется несколько различных типов полимеров, проводящих и полупроводящих. Plastic Logic пользуется услугами ряда поставщиков, в первую очередь Dow Chemical, которая производит полиэтилендиокси-тиофен/полистролсульфоновую кислоту (PDOT/PSS) и полидиоктилфтор-кобитиофен (F8T2).

Plastic Logic заключила соглашение о взаимном обмене лицензиями с фирмой Epson. Siemens создала совместное предприятие с печатной компанией Kurz. Несколько ведущих химических компаний также вовлечены в это движение.

В январе 2011 года компания Роснано инвестировала в компанию Plastic Logic $150 млн и был заключен договор о создании завода по производству пластиковой электроники нового поколения в Зеленограде.

Недостатки

Органические материалы по многим параметрам уступают традиционным. Современные техпроцессы позволяют производить из кремния многослойные схемы чрезвычайно высокой концентрации (вплоть до технологических норм 18 нм). Высокое число свободных носителей в кремнии и их низкая эффективная масса (по сравнению с доступными полимерами) позволяет компонентам кремниевых микросхем работать на высоких частотах, вплоть до терагерца (в логических схемах). Ещё более высокие частоты достижимы при применении арсенида галлия.

Соединения в традиционных техпроцессах выполняются алюминием, медью и даже золотом, прекрасными проводниками электричества. Струйные технологии, применяемые в пластиковой электронике, сейчас предполагают применение полимерных соединений или металлосодержащих проводящих паст, заметно уступающих чистому металлу.

Представляется крайне сомнительным, что в обозримом будущем полимерные схемы достигнут характеристик хоть сколько-нибудь сравнимых с кремниевыми (на вторую половину 2011-го года самый быстродействующий пластиковый процессор имеет тактовую частоту в несколько килогерц, что в миллионы раз меньше типичной частоты кремниевых процессоров, а по общей производительности уступает кремниевым аналогам почти в миллиард раз).

Полимерные проводники также быстрее деградируют и менее устойчивы к действию ионизирующих излучений.

Достоинства

Органические материалы, в свою очередь, легче, пластичнее, им проще придавать нужную форму. К тому же, органических материалов можно синтезировать бесконечное множество, заменяя в них отдельные блоки, легко создавая таким образом материалы с заранее заданными свойствами. В качестве иллюстрации можно привести полноцветные дисплеи на органических светодиодах, где зелёный цвет появился через несколько лет после демонстрации черно-жёлтого прототипа; проблема же эффективных неорганических зелёных светодиодов до сих пор так и не решена ввиду сложности формирования полупроводника с необходимой шириной запрещённой зоны. Важнейшим достоинством таких материалов является их низкая цена, в сравнении с кремниевыми аналогами.

Огромное преимущество пластиковой электроники заключается в том, что она может быть изготовлена прямым образом, используя автоматическое проектирование при очень высокой скорости производства. При этом процессе создаются гибкие поверхности большого размера, производимые при помощи струйной печати и не требующие применения сложной фотолитографии и вакуумных систем, которые необходимы для создания транзисторов на основе кристаллического кремния. Струйные технологии легко и дешево перестраиваются (не нужно делать чрезвычайно дорогостоящий набор масок, как для кремния), что чрезвычайно выгодно для малосерийных (тиражом менее десятков тысяч) схем. В принципе, каждая схема может быть уникальной, что немыслимо для традиционной фотолитографии, используемой в «кремниевом» техпроцессе.

Низкие температуры технологических процессов позволяют использовать дешевые подложки и наносить схемы на самый широкий спектр материалов.

Недостатки пластиковых полупроводников (как то — малое быстродействие схем на их основе) для многих применений просто несущественны, в то время как стоимость — решающий параметр. В качестве примеров подобных применений можно назвать RFID-метки, интеллектуальные датчики, «умная упаковка», электронная бумага и дисплеи и т. д.

См. также

• Печатная электроника
• Рулонная технология

Ссылки

• nature.web.ru/db/msg.html?mid=1159050
• www.polymers-money.com/news/otrasl/2004/05/05/plastikovaja_elektro_701.html
• rian.ru/nano_analytics/20110127/326969429.html
• www.rusnano.com/Post.aspx/Show/29949
• www.polymery.ru/letter.php?n_id=40&cat_id=2

Отрывок, характеризующий Пластиковая электроника

– Ну, ну, хорошо, увидим.
Как оно всегда бывает для одиноких женщин, долго проживших без мужского общества, при появлении Анатоля все три женщины в доме князя Николая Андреевича одинаково почувствовали, что жизнь их была не жизнью до этого времени. Сила мыслить, чувствовать, наблюдать мгновенно удесятерилась во всех их, и как будто до сих пор происходившая во мраке, их жизнь вдруг осветилась новым, полным значения светом.
Княжна Марья вовсе не думала и не помнила о своем лице и прическе. Красивое, открытое лицо человека, который, может быть, будет ее мужем, поглощало всё ее внимание. Он ей казался добр, храбр, решителен, мужествен и великодушен. Она была убеждена в этом. Тысячи мечтаний о будущей семейной жизни беспрестанно возникали в ее воображении. Она отгоняла и старалась скрыть их.
«Но не слишком ли я холодна с ним? – думала княжна Марья. – Я стараюсь сдерживать себя, потому что в глубине души чувствую себя к нему уже слишком близкою; но ведь он не знает всего того, что я о нем думаю, и может вообразить себе, что он мне неприятен».
И княжна Марья старалась и не умела быть любезной с новым гостем. «La pauvre fille! Elle est diablement laide», [Бедная девушка, она дьявольски дурна собою,] думал про нее Анатоль.
M lle Bourienne, взведенная тоже приездом Анатоля на высокую степень возбуждения, думала в другом роде. Конечно, красивая молодая девушка без определенного положения в свете, без родных и друзей и даже родины не думала посвятить свою жизнь услугам князю Николаю Андреевичу, чтению ему книг и дружбе к княжне Марье. M lle Bourienne давно ждала того русского князя, который сразу сумеет оценить ее превосходство над русскими, дурными, дурно одетыми, неловкими княжнами, влюбится в нее и увезет ее; и вот этот русский князь, наконец, приехал. У m lle Bourienne была история, слышанная ею от тетки, доконченная ею самой, которую она любила повторять в своем воображении. Это была история о том, как соблазненной девушке представлялась ее бедная мать, sa pauvre mere, и упрекала ее за то, что она без брака отдалась мужчине. M lle Bourienne часто трогалась до слез, в воображении своем рассказывая ему , соблазнителю, эту историю. Теперь этот он , настоящий русский князь, явился. Он увезет ее, потом явится ma pauvre mere, и он женится на ней. Так складывалась в голове m lle Bourienne вся ее будущая история, в самое то время как она разговаривала с ним о Париже. Не расчеты руководили m lle Bourienne (она даже ни минуты не обдумывала того, что ей делать), но всё это уже давно было готово в ней и теперь только сгруппировалось около появившегося Анатоля, которому она желала и старалась, как можно больше, нравиться.
Маленькая княгиня, как старая полковая лошадь, услыхав звук трубы, бессознательно и забывая свое положение, готовилась к привычному галопу кокетства, без всякой задней мысли или борьбы, а с наивным, легкомысленным весельем.
Несмотря на то, что Анатоль в женском обществе ставил себя обыкновенно в положение человека, которому надоедала беготня за ним женщин, он чувствовал тщеславное удовольствие, видя свое влияние на этих трех женщин. Кроме того он начинал испытывать к хорошенькой и вызывающей Bourienne то страстное, зверское чувство, которое на него находило с чрезвычайной быстротой и побуждало его к самым грубым и смелым поступкам.
Общество после чаю перешло в диванную, и княжну попросили поиграть на клавикордах. Анатоль облокотился перед ней подле m lle Bourienne, и глаза его, смеясь и радуясь, смотрели на княжну Марью. Княжна Марья с мучительным и радостным волнением чувствовала на себе его взгляд. Любимая соната переносила ее в самый задушевно поэтический мир, а чувствуемый на себе взгляд придавал этому миру еще большую поэтичность. Взгляд же Анатоля, хотя и был устремлен на нее, относился не к ней, а к движениям ножки m lle Bourienne, которую он в это время трогал своею ногою под фортепиано. M lle Bourienne смотрела тоже на княжну, и в ее прекрасных глазах было тоже новое для княжны Марьи выражение испуганной радости и надежды.
«Как она меня любит! – думала княжна Марья. – Как я счастлива теперь и как могу быть счастлива с таким другом и таким мужем! Неужели мужем?» думала она, не смея взглянуть на его лицо, чувствуя всё тот же взгляд, устремленный на себя.
Ввечеру, когда после ужина стали расходиться, Анатоль поцеловал руку княжны. Она сама не знала, как у ней достало смелости, но она прямо взглянула на приблизившееся к ее близоруким глазам прекрасное лицо. После княжны он подошел к руке m lle Bourienne (это было неприлично, но он делал всё так уверенно и просто), и m lle Bourienne вспыхнула и испуганно взглянула на княжну.
«Quelle delicatesse» [Какая деликатность,] – подумала княжна. – Неужели Ame (так звали m lle Bourienne) думает, что я могу ревновать ее и не ценить ее чистую нежность и преданность ко мне. – Она подошла к m lle Bourienne и крепко ее поцеловала. Анатоль подошел к руке маленькой княгини.
– Non, non, non! Quand votre pere m'ecrira, que vous vous conduisez bien, je vous donnerai ma main a baiser. Pas avant. [Нет, нет, нет! Когда отец ваш напишет мне, что вы себя ведете хорошо, тогда я дам вам поцеловать руку. Не прежде.] – И, подняв пальчик и улыбаясь, она вышла из комнаты.


Все разошлись, и, кроме Анатоля, который заснул тотчас же, как лег на постель, никто долго не спал эту ночь.
«Неужели он мой муж, именно этот чужой, красивый, добрый мужчина; главное – добрый», думала княжна Марья, и страх, который почти никогда не приходил к ней, нашел на нее. Она боялась оглянуться; ей чудилось, что кто то стоит тут за ширмами, в темном углу. И этот кто то был он – дьявол, и он – этот мужчина с белым лбом, черными бровями и румяным ртом.
Она позвонила горничную и попросила ее лечь в ее комнате.
M lle Bourienne в этот вечер долго ходила по зимнему саду, тщетно ожидая кого то и то улыбаясь кому то, то до слез трогаясь воображаемыми словами рauvre mere, упрекающей ее за ее падение.
Маленькая княгиня ворчала на горничную за то, что постель была нехороша. Нельзя было ей лечь ни на бок, ни на грудь. Всё было тяжело и неловко. Живот ее мешал ей. Он мешал ей больше, чем когда нибудь, именно нынче, потому что присутствие Анатоля перенесло ее живее в другое время, когда этого не было и ей было всё легко и весело. Она сидела в кофточке и чепце на кресле. Катя, сонная и с спутанной косой, в третий раз перебивала и переворачивала тяжелую перину, что то приговаривая.
– Я тебе говорила, что всё буграми и ямами, – твердила маленькая княгиня, – я бы сама рада была заснуть, стало быть, я не виновата, – и голос ее задрожал, как у собирающегося плакать ребенка.
Старый князь тоже не спал. Тихон сквозь сон слышал, как он сердито шагал и фыркал носом. Старому князю казалось, что он был оскорблен за свою дочь. Оскорбление самое больное, потому что оно относилось не к нему, а к другому, к дочери, которую он любит больше себя. Он сказал себе, что он передумает всё это дело и найдет то, что справедливо и должно сделать, но вместо того он только больше раздражал себя.