Версия для печати
Вернуться к списку

Сборка планшетов вместо переноса технологий

Светоизлучающие полевые транзисторы

Другой перспективный класс органических устройств, которые можно печатать на подложке, – это органические тонкоплёночные транзисторы OTFT (organic thin film transistors). Они тоньше, эффективнее обычных транзисторов, обладают универсальными свойствами и уже используются в новых гибких дисплеях, радиочастотных метках RFID и других электронных устройствах. Применение органики позволяет снизить температуру при производстве транзисторов, уменьшить характерные размеры электронных устройств и сделать их гибкими и лёгкими.

Группа Алексея Витухновского, заведующего Отделом люминесценции им. С. И. Вавилова ФИАН, занимается разработкой таких транзисторов. «Это следующий шаг в электронике, – уверен учёный. – Дисплей, например, мобильного телефона состоит из двух независимых компонент. Обычно это кремниевая матрица с транзисторами, которые управляют нанесённой жидкокристаллической матрицей. Но можно значительно улучшить свойства такого экрана с увеличенным углом обзора, сделать его гибким, повысить контрастность и разрешение, если использовать органические тонкоплёночные транзисторы. Этим мы и заняты, осталось добиться хорошего выхода в смысле люминесценции. И это совсем новые работы».

Об исследованиях органических «съедобных» транзисторов, которые ведутся в Институте проблем химической физики (ИПХФ) РАН (Черноголовка), на форуме Rusnanotex-2011 рассказывал заместитель директора и заведующий лабораторией фотоники наноразмерных структур института, доктор физико-математических наук, член-корреспондент РАН Владимир Разумов: «Хочу обратить внимание на разработку полевых транзисторов, которые связаны с биосовместимыми материалами. Фактически, это пищевые продукты, из которых можно выделить материалы и создать полупроводники. В качестве диэлектриков могут выступать аденин, гуанин, кофеин, глюкоза, лактоза, сахароза, аурин или розоловая кислота, а полупроводниками служат бета-каротин (витамин А), индиго (пищевой краситель), индантреновый жёлтый (пищевой краситель), перилендиимиды (используются в косметике). Характеристики, полученные, например, для красителя индиго, таковы, что из него можно создать неплохой биполярный транзистор, в котором выровнены транспортные свойства как электронов, так и дырок». В институте также ведутся разработки датчиков из иерархических оптических хемосенсорных материалов. У таких наноструктурированных материалов меняются оптические свойства под воздействием того или иного химического агента. Сегодня разработаны образцы лабораторных приборов, которые позволяют достаточно эффективно определять примеси различных веществ в газовой фазе. Это многослойные устройства, в которых есть фотодетекторы, матрица светодиода и сам химический сенсорный материал, меняющий оптические свойства.

На массовое производство гибких дисплеев с использованием OTFT претендует компания Plastic Logic, которая в качестве стартапа отделилась от Кавендишской лаборатории. Её производственные мощности находятся в Дрездене, а штаб-квартира в США. Выступая на форуме в Москве, вице-президент компании Питер Фишер заявил, что Plastic Logic выпускает пока только пробные партии ридеров с гибкими органическими экранами, но готовится к массовому производству – благодаря инвестициям «Роснано». Для этого в Зеленограде на территории особой экономической зоны «Алабушево» при участии МИЭТ в конце 2013 года построят серийный завод, который выйдет на проектную мощность уже в 2014-м. По заявлениям «Роснано», на заводе в будущем наладят выпуск сотен тысяч цветных пластиковых дисплеев ежемесячно. О том, что такое партнёрство даст нашим учёным, читайте в ближайшем интервью с проректором по научной работе МИЭТ Сергеем Гавриловым.

Тонкоплёночная перезаписываемая память

О печатных элементах памяти стоимостью в пять центов рассказал генеральный директор норвежской компании Thin Film Electronics Давор Сутия: «Мы можем создавать roll-to-roll-производство уникальной технологии памяти, основанной на сегнетоэлектрических полимерах. Она может работать больше 10 лет». В Южной Корее запущена линия, которая может производить ежемесячно несколько миллионов устройств, устойчивых к разным воздействиям – от царапин до стирки. Такие свойства позволяют их использовать не только в игрушках (их уже можно купить на сайте компании), но и в сенсорах, смарт-картах и RFID-метках. Через несколько лет на дисплеях можно будет печатать память, логику, батарею, и тогда недалеко и до печатных процессоров. С этой компанией «Роснано» также ведёт переговоры о совместной деятельности.

Первую в мире печатную память создали в компании Thin Film Electronics в 2006 году

Солнечные батареи

Органическая фотовольтаика считается одной из перспективных технологий преобразования солнечной энергии. Пока эффективность органических солнечных батарей значительно меньше, чем у неорганических, но в будущем, благодаря использованию рулонной печати, они выиграют по соотношению цена-качество. Согласно дорожной карте ОА-Е, уже через пять лет рулонами органических солнечных батарей начнут покрывать фасады зданий.

Гибкие солнечные панели (как гибридные, так и органические) производятся уже несколько лет, с 2009 года на рынке доступны модули мощностью от 1 до 28 Ватт. Продукция со встроенными органическими солнечными батареями появилась на рынке в прошлом году, спрос на такие устройства для зарядки батарей малого потребления в мобильной электронике будет только расти. Ожидается, что органические солнечные батареи будут постоянно увеличиваться в размерах, надо только решить главные для всей отрасли проблемы: повысить эффективность материала и увеличить его время «жизни».

Сегодня несколько западных компаний (Konarka, Solarmer Energy Inc.) получило рекордные значения эффективности (8,3 и 8,6 процента) и достигли успехов в коммерциализации. По оценкам, к 2021 году на рынке печатной электроники фотовольтаика будет оперировать суммами в 17 миллиардов долларов, заявил Томас Колбуш, вице-президент немецкой компании Coatema Coating Machinery, которая выпускает солнечные батареи на печатных станках.

Компания Konarka производит тонкие гибкие органические солнечные панели – Power Plastic

«Я с 1997 года занимаюсь этим направлением, и, по расчётам, в рамках разработанной мною теории предельной эффективности (Dmitry Godovsky. M odeling the ultimate efficiency of polymer solar cell using Marcus theory of electron transfer. Organic Electronics 12 (2011) 190–194), можно получить максимальную эффективность в 22 процента и производить реальные солнечные батареи с КПД в 15 процентов», – считает Дмитрий Годовский, ведущий инженер и руководитель химического отдела LG Technology Center of Moscow. Органическими солнечными модулями у нас занимаются группы Дмитрия Паращука на физическом факультете МГУ и Павла Трошина из ИПХФ.

Электронные метки радиочастотной идентификации – RFID

Модель печатной RFID-метки Устройства RFID определяют сведения об объекте, его свойствах, качествах, положении и поэтому используются в самых разных областях. В первую очередь, на транспорте и в логистике, розничной торговле – упаковка и система безопасности магазинов, в почтовых службах и медицине.

Пока коммерческое применение отпечатанных с помощью рулонной технологии органических RFID происходит не так быстро, как ожидалось. Эти устройства найдут массовое применение, если будет увеличена их память и уменьшены размеры, продлено время «жизни», из пассивных они превратятся в активные. Чтобы такие метки можно было использовать вместо штрихкода на упаковке товара, надо значительно снизить их стоимость. Этого можно добиться с помощью печатных технологий через 5–10 лет.

В России пока дорогие RFID-метки используются на транспорте больших городов и в логистике (компания Sitronics и другие).

Двигатель новых технологий или сборочно-отвёрточное производство?

На Западе медленно, но верно растёт рынок органической и печатной электроники – государства и частные компании выкладывают огромные деньги. У России есть возможность стать полноправным участником новой эры электроники. Что для этого надо сделать, чтобы не отстать от других стран, как это произошло с кремниевыми технологиями?

Государство уже выделяет средства на новое направление, хоть и недостаточные. «Роснано» инвестировала 150 миллионов долларов в проект по производству ридеров Plastic Logic (известных в народе больше как «планшеты Чубайса»). Но эта компания, как известно, не финансирует идеи и R&D, для этого есть другие инструменты, такие как федеральные целевые программы, РАН, РФФИ и другие фонды.

«Для развития в стране технологий органической и печатной электроники нужны не только большие деньги – в этой области у нас мало квалифицированных кадров, – считает Алексей Витухновский. – С моей точки зрения, инженеров вообще нет, как показывают неудачные попытки организовать серийное производство органической электроники. Не хватает и специалистов в фундаментальной области. Очень болезненные для страны последствия заключены в потере для молодёжи привлекательности хай-тека. Проблема с молодыми кадрами исключительно остра. Если направить деньги на разработку программ обучения, например, студентов МФТИ, МИФИ или МГУ, достаточно ежегодно готовить 50 человек, это было бы существенно».

А это мнение Дмитрия Годовского: «Я – за создание специализированных R&D-центров, нацеленных на разработку конкретных продуктов в рамках конкретных проектов “Роснано”, например, с такими компаниями, как Plastic Logic и Thin Film Electronics. Такие центры, созданные прогрессивными западными компаниями, могут послужить “центрами кристаллизации” для научных групп, давая им реальные заказы на реальные продукты. Иначе наши лаборатории работают в вакуум: то, что они делают, никому не нужно. Какие задачи могут решать такие центры? Во-первых, материаловедческие: нужны новые полимеры или олигомеры, органика. В органической фотовольтаике, например, колоссальный прогресс достигнут за счёт химии – эффективность удалось повысить с 5 до 8,5 процента благодаря химическому синтезу специально созданных под это предложение полимеров, которых не было в природе. Надо организовать такую “концертную” работу разных специалистов – физиков, химиков, полимерщиков, компьютерщиков, кадров по морфологии. Квантовая химия, например, развита до таких рубежей, что позволяет предсказать какие-то структуры. Под разные приложения надо придумать полимеры со своими свойствами. Допустим, для транзисторов важна подвижность носителей заряда, для фотовольтаики – ширина запрещённой зоны и подвижность, для акцепторов нужны потенциалы ионизации и другие свойства, а для полимеров – супрамолекулярный порядок. Физики могут объяснить химикам, какими должны быть свойства молекулы, а химики, как ни странно, через какое-то время синтезируют нужный материал. Во всём мире эта работа ведётся, я много общаюсь с западными коллегами. К сожалению, в России она ведётся очень плохо. В области органической электроники у нас, скорее, работают энтузиасты, поддержки недостаточно, мы всё равно в изоляции от Европы и мира, которые далеко продвинулись. Мы, скорее, воспроизводим их достижения. Тяжело догнать западных коллег, которым только Еврокомиссия или Министерство энергетики США выделяет колоссальные суммы из бюджета – миллиарды долларов на органическую фотовольтаику. На всю пластиковую электронику государства-члены ЕС выделяют большие деньги, только на OLEDs для освещения – десятки миллиардов каждый год. Нам с нашими копеечными бюджетами тяжело. Мы должны интегрироваться в эту среду. Если, например, “Роснано” выступит инициатором возникновения двух R&D-центров, то сюда будут приезжать наши западные коллеги. Такие центры обычно вокруг себя создают облако научных групп, которые на них работают. Если послать наших молодых учёных, например, в Кавендишскую лабораторию к Ричарду Френду (одному из родоначальников технологии органической электроники), то можно легко перенести технологии в Россию, и через три года наш центр не будет уступать френдовскому, потому что мозги у нас не хуже. Инвестировать миллиардный бюджет – и мы догоним всех в этой области. Надо создавать не сборочно-отвёрточное производство, а организовать перенос технологий»