Solution processed polymer field effect transistors with direct written metallic electrodes

Organic semiconductors offer the possibilities to develop flexible, lightweight and portable electronic applications. They also lend themselves to be processed with scalable printing tools which would enable cost-effective manufacturing of large area circuits. In particular Direct-Writing techniques like inkjet printing are a promising method for realization of organic field-effect transistors (OFETs), capable of limiting the amount of waste material and removing the need of secondary processes such as the realization of masks. However available tools fall short in resolution, limiting the performances of devices. In this thesis, we report on the development of OFETs integrating high resolution metallic electrodes fabricated thanks to the combination of two direct-writing techniques: inkjet-printing and femtosecond-laser processing. This method allowed for about a tenfold increase of the maximum achievable lateral resolution compared to the state-of the-art inkjet printing tools. Moreover, OFETs with high-resolution electrodes were successfully demonstrated, achieving comparable performance, in terms of carriers mobility, to the ones fabricated using only the low-resolution inkjet printing technique.

I semiconduttori organici offrono la possibilità di sviluppare applicazioni elettroniche leggere, portatili e flessibili. Inoltre, prestandosi questi ad essere lavorati con processi scalabili di stampa, aprono la possibilità di fabbricazione di circuiti su larga scala in modo economicamente efficiente. In particolare, le tecniche di Direct-Writing rappresentano una via promettente per la realizzazione di transistori ad effetto campo (OFET), limitando la quantità di materiale di scarto e rimuovendo la necessità di processi secondari come la realizzazione di maschere fotolitografiche. Gli strumenti disponibili sono però limitati dal punto di vista della massima risoluzione raggiungibile, inficiando di conseguenza le prestazioni dei dispositivi realizzati. In questa tesi si sono fabbricati dei dispositivi OFET integranti electtrodi metallici, realizzati con alta risoluzione attraverso la combinazione di due tecniche di direct-writing: stampa a getto d'inchiostro e trattamento con laser al femtosecondo. Questa metodologia ha permesso di incrementare di un fattore dieci la massima risoluzione laterale raggiungibile attraverso l'uso dei convenzionali strumenti di stampa. Inoltre, la caratterizzazione dei suddetti dispositivi ha mostrato che le prestazioni in termini di mobilità si mantengono comparabili a quelle dei dispositivi realizzati utilizzando solamente la convenzionale tecnica di stampa a minore risoluzione.