Fotorivelatori organici realizzati interamente tramite ink-jet printing

In the last years the interest for organic electronics has grown more and more thanks to the mechanical and electrical characteristics shown by plastic materials, making it possible to develop fabrication methods and organic devices for many applications. It is important to understand that this kind of devices could not be a substitution for classical silicon electronics, because of the intrinsic electrical limitation due to carriers mobility, being 3 or 4 order of magnitude lower than the one of inorganic semiconductors. This work is part of a bigger project, which aims at the fabrication of a large area and fully printed X-ray imager: this field of application is particularly fit for organic electronics, which allows to build robust imagers despite the extension of the area. The fabrication technique chosen for this work is drop-on-demand ink-jet printing, a digital way of deposition thanks to which it is possible to produce patterns while depositing the material without using lithography or any post-patterning technique. The aim of this work is the optimization of the fabrication process for organic and fully ink-jet printed photodetectors, with particular attention to increase the reproducibility of the devices in order to also increase the probability of fabricating a functioning matrix. This optimization has been doneoptimizing the material used to tune the work function of the bottom electrode, and formulating it into an ink suitable for printing (as the layer has to be very thin the ink formulation is of the utmost importance and crucial for the functioning of the final device), so that the performances would satisfy the specifications. After the fabrication and characterization of the photodetectors, also organic passive pixels and organic matrices with the selected solutions have been printed and tested with a measurement setup developed previously.

Negli ultimi anni l'interesse per l'elettronica organica sta crescendo sempre più grazie alle caratteristiche meccaniche ed elettriche che la plastica mostra, portando l'attenzione della ricerca a sviluppare dispositivi utilizzando questi materiali. Questo ambito non si pone come sostituto del silicio, dato che le performance raggiungibili sono comunque limitate in primis dall'intrinseca bassa mobilità di questi materiali. Questo lavoro di tesi si pone all'interno di un progetto per sviluppare imager a larga area totalmente stampati per applicazioni di X-ray imaging, campo in cui la robustezza e flessibilità della plastica permettono la produzione di dispositivi robusti. La tecnica di fabbricazione usata è l'ink-jet printing con modalità drop-on-demand, che rende possibile una deposizione a temperatura ambiente di un pattern predefinito, senza bisogno di litografie o post-patterning. Il lavoro si pone come obiettivo l'ottimizzazione del processo di produzione di fotorivelatori organici, mirando ad aumentare la riproducibilità dei dispositivi fino ad ora sviluppati, in modo da rendere possibile la fabbricazione di una matrice di pixel basati su questi rivelatori. Per questo motivo si è deciso di agire sui materiali che compongono il dispositivo, concentrandosi sul layer che più influenza il comportamento dei rivelatori, ovvero quello responsabile del tuning della funzione lavoro dell'elettrodo inferiore; in particolare sono state provate diverse soluzioni in cui sciogliere il materiale da depositare così da trovare la più adatta alla stampa (il layer da depositare deve infatti essere molto sottile, rendendo la formulazione dell'inchiostro cruciale per il buon funzionamento del dispositivo) e che producesse rivelatori con performance elettriche che rientrassero nelle specifiche e che mantenessero un sufficiente grado di riproducibilità. In seguito alla fabbricazione e caratterizzazione dei rivelatori, si è passati alla produzione e caratterizzazione di pixel singoli e matrici di pixel con le soluzioni più performanti usando un setup di misura precedentemente sviluppato.