Исследовательская группа Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich) разработала светочувствительный материал, из которого на поверхности чипа можно сформировать крошечные цветные светящиеся пиксели. До сих пор органические светодиоды (OLED) повреждала агрессивная химия фотолитографии, с помощью которой изготавливают микросхемы, а новый материал к ней устойчив.
Спрос на такие пиксели растёт, потому что экраны уменьшаются и одновременно становятся чётче. В очках дополненной реальности или в электронных видоискателях фотокамер диагональ дисплея бывает меньше сантиметра. А чем мельче пиксель, тем сложнее его изготовить. Для таких пикселей OLED подходят лучше обычных светодиодов. Их делают не из кристаллов, а из углеродных соединений, поэтому они остаются яркими даже в микроскопическом размере. Обычные же светодиоды тускнеют тем сильнее, чем мельче нарезан кристалл.
Препятствием для OLED была сама фотолитография, с помощью которой полупроводниковая отрасль формирует мельчайшие структуры. Этот процесс требует растворителей и других агрессивных реагентов, которые химически разрушают органические светящиеся молекулы. Крупные производители дисплеев тоже ищут другие способы наносить OLED, и в августе LG Display представила метод FLiPP, который позволяет обойтись без металлических масок.
Команда ETH создала светящиеся полимеры нескольких цветов, которые одновременно служат фоторезистом, то есть светочувствительным слоем для фотолитографии. В основе каждого такого полимера — молекула, построенная по принципу «ядро — оболочка». В её центре находится соединение, излучающее нужный цвет, а вокруг звездообразно расходятся длинные цепи. Под ультрафиолетом их внешние концы сшиваются с цепями соседних молекул, и на облучённом участке материал перестаёт растворяться. Именно на этом свойстве и держится фотолитография.
Подписывайтесь на Mediasat в Telegram: здесь самые интересные новости из мира технологий
Внутренняя часть цепей отодвигает реактивные концы подальше от светящегося ядра и тем самым защищает его во время обработки. Соавтор работы из австралийского Университета RMIT в Мельбурне исследовал этот эффект на компьютерных моделях. «Мы пространственно разделяем две функции. Светящаяся молекула защищена внутри, а реактивные группы для сшивки вынесены наружу», — пояснил профессор ETH Чи-Жэнь Ши (Chih-Jen Shih).
Он руководил исследованием вместе с Иньинем Бао (Yinyin Bao), который работал в ETH, а сейчас занимает должность профессора Хельсинкского университета. 16 сентября учёные опубликовали результаты своей работы в журнале Nature.
Авторы показали точность метода на цветном изображении попугая ара размером 300 на 430 микрометров. Оно состоит из 250 на 350 пикселей. Это ещё не дисплей, ведь пиксели этой картинки не получают тока, а флуоресцируют под внешним светом. Однако ни одно другое многоцветное флуоресцентное изображение, изготовленное фотолитографией, до сих пор не имело такого разрешения. Команда изготовила и светодиоды, работающие от тока, и собрала из них светящийся логотип ETH размером 1 на 2,4 мм. Над ним исследователи работали вместе с группой профессора электроники ETH Хуа Вана (Hua Wang).
Дальше учёные хотят ещё уменьшить пиксели светодиодов. Для рабочего экрана понадобится и электроника, которая будет управлять каждым пикселем отдельно. Ши считает, что разработка пригодится не только для миниатюрных дисплеев, но и для медицинской техники, биологических и нейробиологических исследований. Такие крошечные OLED могли бы прицельно освещать отдельные клетки или стимулировать светом нейроны в чашке Петри. Эти источники света можно формировать непосредственно на микрочипах, поэтому они пригодятся также в микроскопии и датчиках.
