Japanners vinden een methode om silicium onderdelen te printen

Een nieuw procédé maakt het mogelijk om elektronische schakelingen met een inkjet-printer af te drukken. Onderzoekers van het Japanse bedrijf Seiko Epson verwachten dat deze schakelingen toepasbaar zijn in transistors voor beeldschermen en zonnecellen (Nature, 6 april). Het werken met vloeibare en dus spuit- en printbare silicium is normaal gesproken onmogelijk vanwege het smeltpunt van 1414 graden Celsius. Een printer zou bij die temperatuur smelten. De onderzoekers gebruiken een reeks innovatieve bewerkingen om het silicium bij lagere temperatuur te kunnen toepassen.

De halfgeleider silicium is een cruciaal bestanddeel van moderne computerchips en displays. In transistors wordt het materiaal gebruikt omdat de geleidende eigenschappen ervan gemakkelijk te manipuleren zijn. In displays wordt de halfgeleider toegepast in transistors die beeldpunten activeren.

Om als halfgeleider goed te functioneren worden zeer zuivere siliciumkristallen voorzien van onzuiverheden. Dit gebeurt volgens een duur en omslachtig productieproces dat hoge temperaturen vergt en extreem schone omstandigheden.

Het verwerken van silicium in vloeibare vorm kan gebeuren bij lagere temperaturen en biedt meer flexibiliteit. Een commentator in Nature wijst er wel op dat het productieproces van Seiko Epson andere, maar eveneens strenge eisen stelt aan de productie. Zo mag het gebruikte materiaal tijdens het procédé niet in aanraking mag komen met water of zuurstof.

Al langer was bekend dat cyclopentasilaan (Si5H10), een ring van vijf siliciumatomen met waterstof eraan vast, bij kamertemperatuur in een dun laagje kon worden opgespoten. Bij het opbakken van zo'n laagje verliest het cyclopentasilaan de waterstofatomen en ontstaat zuiver silicium. Probleem daarbij was dat bij het opbakken ook een deel van het cyclopentasilaan zelf los kwam zodat de dikte van het aldus verkregen silicium moeilijk te controleren was.

De onderzoekers van Seiko Epson bestraalden het cyclopentasilaan daarom met ultraviolet licht. Als gevolg hiervan haken de siliciumringen aan elkaar en verandert een deel van het cyclopentasilaan in een nieuw en minder vluchtig materiaal (polysilaan).

Van dit mengsel werd vervolgens een dun laagje gevormd door een druppel te verspreiden over een draaiende schijf (spin coating). Na bakken en bestralen van deze laag ontstond een laagje silicium in kristalvorm. Dit gebruikten de onderzoekers om Thin Film Transistors te maken, transistors die in platte schermen beeldpunten te laten oplichten.

De Japanners gebruikten het mengsel van cyclopentasilaan en polysilaan ook als 'toner' in een printer. Dat resulteerde in een siliciumkristal met iets meer fouten. De lijntjes die op deze manier vervaardigd worden zijn waarschijnlijk niet dun genoeg om te gebruiken in goed werkende elektronische schakelingen, maar wel geschikt voor displays of zonnecellen.

Michiel van Nieuwstadt

    • Michiel van Nieuwstadt