Tulostettavan varausvahvistimen lämpötilariippuvuus

Abstract

Suoratulostusteknologia tarjoaa edullisen ja ympäristöystävällisen tavan valmistaa elektroniikkatuotteita. Toisin kuin perinteiseen litografiaan perustuva valmistusmenetelmä, suoratulostusteknologia kuluttaa hyvin vähän materiaaleja, prosessointilämpötilat ovat alhaiset ja prosessivaiheita on vain murto-osa edellä mainittuun menetelmään verrattuna. Tämän lisäksi, suoratulosteknologia on hyvin joustava käytettävien alustamateriaalien ja niiden pinnan muotojen suhteen. Suoratulostusteknologioista mustesuihkutulostus on kehittynein ja sen käyttö onkin yleistynyt niin koti- kuin kaupallisissakin sovelluksissa. Mustesuihkutulostus soveltuu erityisesti prototyyppien nopeaan luomiseen, sillä haluttu piirikaavio toteutetaan digitaalisesti maskien sijasta. Näin ollen, alkuperäisiin suunnitelmiin tehdyt muutokset tai lisäykset ovat siten välittömästi toteutettavissa ilman, että tuotantoprosessi viivästyisi uusien maskien valmistamisen takia. Tässä työssä tutkittiin kahta biosignaalien mittaamiseen suunniteltua orgaanista varausvahvistinnäytettä. Näytteet koostuivat orgaanisesta pseudo-CMOS-invertteristä, johon oli integroitu biasointivastus, takaisinkytkentävastus ja takaisinkytkentäkondensaattori. Työn tarkoituksena oli määrittää näytteiden lämpötilariippuvuus altistamalla ne kahdeksalle eri lämpötila-arvolle huonelämpötila mukaan lukien. Mittausdatan perusteella laadituista kuvaajista selviää, että lämpötilalla on ilmiselvä vaikutus näytteiden suorituskykyyn. Lämpötilan muutos vaikuttaa erityisesti orgaanisten komponenttimateriaalien sähköisiin ominaisuuksiin. Matalissa lämpötiloissa vastus- ja puolijohdemateriaaleissa varauksenkuljettajat ovat lokalisoituneet energialoukkuihin eivätkä siten osallistu varauksen kuljettamiseen. Eristemateriaalissa vastaavasti dipolimolekyylit eivät pääse kääntymään sähkökentän suuntaisesti vähäisen energian takia. Siispä lämpötilan noustessa energialoukussa olevien varauksenkuljettajien ja dipolimolekyylien liikkuvuus paranee lisääntyneen lämpöenergian ansiosta. Lämpötilariippuvuus on sitä merkittävämpi, mitä enemmän materiaalissa on epäpuhtauksia sekä epäsäännöllisyyksiä tai rakennevirheitä mikro- ja makrorakenteessa, sillä ne lisäävät varaustenkuljettajia sitovien ”energialoukkujen” määrää. Lämpötilariippumattomuutta voidaan parantaa hienosäätämällä materiaalien molekyylirakennetta syntetisoinnin aikana, optimoimalla valmistusprosessien parametrit ja materiaalivalinnat sekä toteuttamalla valmistusprosessi inertissä ympäristössä. Tällöin kuitenkin materiaali- ja valmistuskustannukset saattavat nousta epäsuotuisaksi.