Дослідницька група Швейцарської вищої технічної школи Цюриха (ETH Zurich) розробила світлочутливий матеріал, з якого на поверхні чипа можна сформувати крихітні кольорові світні пікселі. Досі органічні світлодіоди (OLED) пошкоджувала агресивна хімія фотолітографії, якою виготовляють мікросхеми, а новий матеріал стійкий до неї.
Попит на такі пікселі зростає, бо екрани меншають і водночас стають чіткішими. В окулярах доповненої реальності чи в електронних видошукачах фотокамер діагональ дисплея буває меншою за сантиметр. А що дрібніший піксель, то складніше його виготовити. Для таких пікселів OLED підходять краще за звичайні світлодіоди. Їх роблять не з кристалів, а з вуглецевих сполук, тож вони лишаються яскравими навіть у мікроскопічному розмірі. Звичайні ж світлодіоди тьмяніють тим більше, чим дрібніше нарізано кристал.
Перешкодою для OLED була сама фотолітографія, якою напівпровідникова галузь формує найдрібніші структури. Цей процес потребує розчинників та інших агресивних реактивів, які хімічно руйнують органічні світні молекули. Великі виробники дисплеїв теж шукають інші способи наносити OLED, і в серпні LG Display представила метод FLiPP, який дає змогу обійтися без металевих масок.
Команда ETH створила світні полімери кількох кольорів, які водночас слугують фоторезистом, тобто світлочутливим шаром для фотолітографії. В основі кожного такого полімеру — молекула, побудована за принципом «ядро — оболонка». У її центрі міститься сполука, що випромінює потрібний колір, а навколо зірчасто розходяться довгі ланцюги. Під ультрафіолетом їхні зовнішні кінці зшиваються з ланцюгами сусідніх молекул, і в опроміненій ділянці матеріал перестає розчинятися. Саме на цій властивості й тримається фотолітографія.
Підписуйтесь на Mediasat у Telegram: тут найцікавіші новини ТБ та телекому
Внутрішня частина ланцюгів відсуває реактивні кінці якомога далі від світного ядра й так захищає його під час обробки. Співавтор роботи з австралійського Університету RMIT у Мельбурні дослідив цей ефект на комп’ютерних моделях. «Ми просторово розділяємо дві функції. Світна молекула захищена всередині, а реактивні групи для зшивання винесено назовні», — пояснив професор ETH Чі-Жень Ши (Chih-Jen Shih).
Він очолював дослідження разом з Інінем Бао (Yinyin Bao), який працював у ETH, а нині обіймає посаду професора Гельсінського університету. 16 вересня науковці опублікували результати своєї роботи в журналі Nature.
Автори показали точність методу на кольоровому зображенні папуги ара завбільшки 300 на 430 мікрометрів. Воно складається з 250 на 350 пікселів. Це ще не дисплей, адже пікселі цієї картинки не отримують струму, а флуоресціюють під зовнішнім світлом. Проте жодне інше багатоколірне флуоресцентне зображення, виготовлене фотолітографією, досі не мало такої роздільності. Команда виготовила й світлодіоди, які працюють від струму, і склала з них світний логотип ETH розміром 1 на 2,4 мм. Над ним дослідники працювали разом із групою професора електроніки ETH Хуа Вана (Hua Wang).
Далі науковці хочуть ще зменшити пікселі світлодіодів. Для робочого екрана знадобиться й електроніка, яка керуватиме кожним пікселем окремо. Ши вважає, що розробка стане корисною не лише для мініатюрних дисплеїв, а й для медичної техніки, біологічних і нейронаукових досліджень. Такі крихітні OLED могли б прицільно освітлювати окремі клітини або стимулювати світлом нейрони в чашці Петрі. Ці джерела світла можна формувати безпосередньо на мікрочипах, тож вони стали б у пригоді також у мікроскопії та датчиках.
