TIO2 based light-induced conductance switching sensors, produced by inkjet printing technology

The TiO2 based light sensors are disposable devices. This is possible due to fact that Titanium dioxide is a very abundant, non- toxic material. The aim of the thesis was to optimize the production process, design the sensors and characterize them electrically. These devices were demonstrated in previous works [1] and so, the first step was the optimization of the solution previously used. The state of the art devices, in fact, were produced by means of spin coating, while here we produced them with the Inkjet technology, which is faster, cheaper and scalable to large area manufacturing. To ensure the jettability (from the nozzle of the cartridge) of the solution the rheology was tuned and a concentration threshold was established. Different solvents were tried to determine which one would assure a good dispersion of the titania nanoparticles, avoiding formation of aggregates. The morphology and thickness so obtained was investigated by means of an AFM and a profilometer. Several architectures were designed and tested. A lateral one was chosen for the discussion of the results, because t is more reliable respect the other ones (we are sure that if they are not working it is not due to short circuit). The devices were tested before and after exposure to UV light. Some parameters, during fabrication, were changed and the experimental results were compared. A model for processes that occur microscopically is proposed.

Questo lavoro di tesi verte sulla realizzazione di foto- rivelatori UV basati sulla TiO2, completamente stampati per Inkjet. Questi dispositivi non sono progettati per sostituire i più affidabili sensori in silicio, piuttosto si rivolgono a quei settori che necessitano di dispositivi usa e getta. Per questo motivo si è rivelato necessario utilizzare materiali e tecnologie produttive a basso costo. Il materiale attivo, la titania, è stato scelto poiché è un materiale molto abbondante in natura, non tossico e processabile da soluzione. L’Inkjet printing è stato scelto, invece, poiché è, si economico, ma anche veloce e scalabile su larga scala. Questi dispositivi sono già stati realizzati in altri lavori, per questo lo scopo di questa tesi è stato quello di ottimizzare il processo produttivo per l’Inkjet printing in particolare, disegnare i sensori e caratterizzarli elettricamente. Il primo step è stata l’ottimizzazione della soluzione che era stata precedentemente utilizzata. Per garantire la gettabilità (dall’ugello della cartuccia) della soluzione, la reologia è stata ottimizzata ed è stato stabilito un valore limite di concentrazione. Differenti solventi sono stati provati per determinare quale potesse garantire una buona dispersione delle nanoparticelle di titania, evitando la formazione di aggregati. In fine, per il confronto, la morfologia e lo spessore ottenuti sono stati misurati grazie a un AFM e un profilometro. Diverse architetture sono state disegnate e testate. Un’architettura laterale, in fine, è stata scelta per la discussione dei risultati, poiché si è dimostrata essere quella più affidabile (evita infatti corti circuito). I dispositivi sono stati testate prima e dopo l’esposizione all’UV. Alcuni parametri durante la fabbricazione sono stati cambiati e i risultati sperimentali sono stati confrontati. In fine, un modello del funzionamento a livello microscopico viene proposto.