Fabrication of Deformable Ion-gel Gated Organic Transistors via Photo-patterning for Low-powered Skin Devices

Abstract

Skin devices based on stretchable materials have gained much interest owing to their superior deformability and skin conformability. However, the realization of densely integrated deformable devices has been challenging as the rubbery nature of stretchable materials makes them incompatible with the advanced microfabrication techniques. Herein, to overcome the limitation, we present a novel method for the realization of highly patterned deformable transistor arrays by utilizing ‘azide-based photocrosslinkers’ coupled with stretchable electronic materials. The photocrosslinkers allowed sequential fabrication of integrated ion-gel gated deformable transistor array without the deterioration of its electronic properties. Furthermore, the polymer semiconductor and ion-gel dielectric photo-patterned transistor achieved high performance under low voltage conditions. Therefore, we believe our novel material and fabrication design will open new pathways for the scalable fabrication of deformable electronics.|신축성을 갖는 소재를 기반으로 한 전자 피부 소자는 뛰어난 변형 가능성과 피 부 순응성으로 인해 많은 주목을 받고 있습니다. 그러나 신축성을 보유하는 재료 의 내재적인 특성으로 인해 고해상도의 미세 패턴 기술과 호환되지 않기 때문에 고도로 통합된 유연한 전자소자의 실현은 그동안 어려웠습니다. 본 논문에서는 이러한 공정의 한계를 극복하고자 신축성을 갖는 전자 재료와 ‘Azide 기반의 유연한 광가교제’를 활용하여 고도로 패턴화 된 변형 가능한 트 랜지스터 어레이를 구현하는 새로운 방법을 제시합니다. ‘Azide 기반의 유연한 광가교제’는 UV 노출 (254 nm, 365 nm)로 본질적으로 신축성을 보유하는 전자 재료에 효과적으로 연결될 수 있습니다. 고분자 반도체 (semiconducting polymer) 및 열가소성 탄성유전체 (Thermoplastic polyurethane) 기반 이온 겔 (i-TPU)에 광 가교제를 첨가함으로써 전자적 및 기계적 특성의 저하 없이 선택적 UV 조사를 통해 고해상도 패턴 (최소 5μm)을 얻을 수 있었습니다. 결과적으로, 광-패턴 방법으로 제작 된 본질적으로 변형 가능한 이온-겔 유기 트랜지스터 소자는 높은 전하 이동도, 높은 on-off current ratio 및 저전압 조 건에서 높은 on current를 달성했습니다. 따라서 위 연구에서 제시된 전략이 차 세대 유연한 전자 장치에 대한 새로운 길을 열어줄 것이라고 기대된다.