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Eine neue Revolution in der Herstellung von elektronischen Schaltkreisen bahnt sich an: Ausgabe 19/2020, 19.11.2020

Der Transistor aus dem Drucker

Empa-Forscher arbeiten an Elektronik, die aus dem Drucker kommt. Dies ermöglicht, die Schaltkreise auf allen möglichen Unterlagen herzustellen, etwa auf Papier oder Kunststofffolien – allerdings gibt es noch einige Hürden zu überwinden.

Bilder: empa

Wie wäre es, Elektronik einfach auf eine beliebige Unterlage drucken zu können? Das ist heute keine Utopie mehr: «Printed Electronics», also gedruckte Elektronik, ist eine aufstrebende Technologie, die es ermöglicht, Schaltkreise auf verschiedenen Substraten aufzubringen – mit Tinte und speziellen Druckern. Das ist keineswegs ein kleiner Markt: Ein neuer Report des Branchenverbands für organische und gedruckte Elektronik zeigt, dass sich der Bereich bereits heute zu einem Weltmarkt von über 35 Milliarden US-Dollar entwickelt hat – und dieser soll in den nächsten Jahren kräftig weiterwachsen. Traditionell ist die Fabrikation von Elektronik eine aufwändige Angelegenheit, die eine teure Ausrüstung erfordert. Das Internet der Dinge benötigt aber eine neue Art von Elektronik: Die Schaltkreise müssen nicht mehr um jeden Preis so winzig und so schnell wie möglich, sondern günstig und einfach herzustellen sein – und gleichzeitig sollen sie auf dünnen und flexiblen Substraten realisierbar sein.

Transistoren auf Papier und Folie
Die Empa-Forscher Jakob Heier vom Labor für funktionelle Polymere und Yaroslav Romanyuk vom Labor für Dünnfilme und Photovoltaik forschen mit ihren Teams daran, die Technologie weiterzubringen. Gemeinsam mit Forschern des Paul Scherrer Instituts und der EPFL Lausanne arbeiten sie am Forschungs-projekt «FOXIP», kurz für «Functional OXIdes Printed on Polymers and Paper». Ziel des Projektes ist es, Dünnfilmtransistoren auf Papier- und PETFolien zu drucken – und zwar mit einer Drucktechnik, die sich für den Einsatz in der Industrie eignen könnte. Verwendet werden dafür Tinten, in denen winzige Partikel von Metalloxiden gelöst sind. Diese werden mit verschiedenen Drucktechniken auf die Unterlage aufgebracht – per Kontaktdruck oder aber mit einem Tintenstrahldrucker. «Dabei kommen natürlich nicht gewöhnliche Bürodrucker zum Einsatz, sondern hochspezialisierte Geräte», erklärt Romanyuk.

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Es ist erst kürzlich geglückt, oxidbasierte Feldeffekt-Transistoren per Tintenstrahldrucker zu drucken – damit könnten künftig transparente Schaltungen auf einer transparenten Unterlage ermöglicht werden.