FWF - NeuroImprint - Organische neuromorphe Bauelemente durch 3D-Nanoimprinting "NeuroImprint"

Bioinspirierte neuromorphe Devices haben aufgrund ihrer potenziellen Anwendungen in der Neuro-Robotik oder Neuro-Prothetik erhebliche Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Devices aus organischen Materialien sind gute Kandidaten für solche Systeme und könnten die Vorteile der Biokompatibilität, der geringen Kosten, der Schaltung bei geringer Energie, einer niedrigen Arbeitsspannung und einer ausgezeichneten Abstimmbarkeit bieten und die Funktionen biologischer Synapsen gut imitieren. Kürzlich wurden bioinspirierte interaktive neuromorphe Devices mit der Fähigkeit, verschiedene Reize aus der äußeren Umgebung direkt zu erfassen, zu speichern und zu verarbeiten, durch die Integration von Sensoren mit synaptischen Devices auf flexiblen Substraten realisiert. Zu den wichtigsten verbleibenden Herausforderungen für diese Systeme gehören die Reproduzierbarkeit der Devices, die begrenzte Leistung und das Fehlen eines vollständig skalierbaren Herstellungsverfahrens. Auf der Grundlage großflächig anwendbarer direkter 3D-Nanoimprinting-Prozesse, die wir „DINOFED“ nennen, planen wir die Herstellung innovativer organischer elektrochemischer Transistoren (OECTs), organischer Dünnschichttransistoren (OTFTs) und darauf basierende Schaltungen mit minimalen kritischen Abmessungen auf einem einzigen Substrat. Es ist nur ein einziger Prägeschritt erforderlich, um hochauflösende S/D-Muster mit geringem Abstand (< 1 µm) zu definieren, die gut zur hochkristallinen organischen Halbleiterschicht (OTFTs) oder dem elektroaktiven Polymer (OECTs) ausgerichtet sind, was zu organischen Transistoren mit einer kleinen Kanallänge L und einer ultrapräzisen Definition der Breite W führt. Die nanoimprinted OTFTs werden zur Realisierung organischer Ringoszillatoren und organischer Gleichrichter mit hohen Betriebsfrequenzen und reproduzierbaren Eigenschaften verwendet. Der vorgeschlagene DINOFED-Prozess erfüllt alle Anforderungen für die „nächste Generation flexibler Elektronik“, da er großflächig, parallel strukturiert, hochauflösend und selbstausrichtend ist. Durch die Integration von nanoimprinted OECTs und organischen Schaltkreisen mit taktilen Sensoren auf einem einzigen flexiblen und anpassungsfähigen Substrat wird ein künstliches sensorisches Neuron realisiert und als neuromorphes Lerngerät mit der Fähigkeit, physikalische Eingaben „wahrzunehmen“ und zu „speichern“, getestet. Das vorgeschlagene „DINOFED“-Verfahren ist eine Kombination aus Heißprägen und Mikroschneiden. Ein 3D-Prägewerkzeug definiert ein 3D-förmiges Muster durch einen einzigen Abdruck direkt in einem Resist mit einer Metallschicht (Au), um ein hochauflösendes S/D-Muster, µ-fluidische Kanäle und vordefinierte Strukturen für die in Lösung verarbeiteten aktiven Schichten zu definieren. Die organischen Halbleiter und die Gate-Dielektrikum-Schicht werden durch Blade-Coating in den vordefinierten Strukturen gebildet und die definierte elektroaktive Polymerschicht wird durch Selbstbenetzung des geprägten S/D-Musters gebildet.