Accueil du site > Thèmes de recherche > Laser et Micro-/Nano-Electronique > Impression par laser : LIFT (Laser-Induced Forward Transfer)

Impression par laser : LIFT (Laser-Induced Forward Transfer)

Contact : A.-P. Alloncle

Le développement de l’électronique imprimée nécessite une technologie numérique d’impression fiable qui permette de réaliser des structures micrométriques (10-50 µm) avec une résolution dépendant des applications visées mais de l’ordre de quelques micromètres. La principale technologie actuellement utilisée est le jet d’encre, et nous développons dans le cadre de ces recherches un procédé, dénommé LIFT (Laser-Induced Forward Transfer) permettant de déposer localement et avec une grande résolution spatiale des pixels à partir d’un substrat sur lequel le matériau, organique ou inorganique, a été préalablement déposé en film mince. Ce transfert peut être réalisé en phase solide ou liquide et la figure ci-dessous représente schématiquement le principe du procédé LIFT.

Principe du procédé LIFT d’impression par laser en phase solide (a) et en phase liquide (b) (schéma extrait de la thèse de Marti Duocastella, U. de Barcelone)

Le transfert de matière par laser a notamment été développé dans le cadre du projet Européen e-LIFT, coordonné par le laboratoire LP3, qui regroupait 15 partenaires de 7 pays (2010-2012).

Les principales études menées pour comprendre et optimiser les mécanismes d’éjection utilisent l’imagerie rapide comme moyen d’investigation. Nous avons notamment mis en évidence l’importance de la viscosité des encres sur la dynamique de l’éjection, et caractérisé les interactions entre les bulles de cavitation et les jets générés successivement lors de l’irradiation du film liquide à très haut taux de répétition (quelques 100kHz – 1MHz).

L’étude du LIFT en phase solide a plus particulièrement fait l’objet de l’ANR ILTO, coordonnée par le LP3 et réalisée avec nos partenaires CINaM, ISM, ILM, qui portait sur l’impression de transistors organiques par laser. Les performances des OTFTs imprimés par laser sont comparables aux autres technologies non digitales (µ=0.04 cm²/V.s ; Vt = 0 V ; Ion/Ioff = 2.8×10^5).

Le transfert de matière en phase liquide est utilisé principalement pour imprimer des encres à nanoparticules métalliques (argent, or, cuivre). Ces développements sont notamment réalisés dans le cadre du projet I2Flex, coordonné par GEMALTO, et du projet Européen LaserMicroFab avec nos partenaires NTUA et Oxford Lasers. L’utilisation d’encres ayant de fortes viscosités nous permet d’imprimer des composants passifs (capacités, résistance, interrupteur …) alors que les encres de faibles viscosités sont utilisées pour la réalisation de structures conductrices de dimensions micrométriques avec une résolution de 1 à 3 µm. La compréhension des dynamiques d’éjection permet d’optimiser le transfert à forte vitesse et les structures de 20µm de large sont imprimées à une vitesse de 17m/s.


OTFT imprimé par LIFT en phase solide (a) ; éléments d’un interrupteur imprimés sur du kapton par transfert de pate d’argent (b) ; électrodes interdigitées imprimées sur support souple par transfert d’encre à nanoparticules d’argent (c)

Le procédé LIFT en phase liquide présente également un très fort potentiel dans les domaines de la bio-ingénierie et de la nano-impression digitale. Ces thématiques font l’objet de nouvelles études, notamment dans le cadre du laboratoire international associé MINOS entre le LP3 et le laboratoire IESL de FORTH en Grèce.

Pour en savoir plus
• RAPP L., DIALLO A.K., ALLONCLE A.P., NENON S., VIDELOT-ACKERMANN CH., FAGES F., DELAPORTE Ph., ‘Pulsed-laser printing of organic thin film transistors.’, Applied Physics Letters 95, 171109 (2009).
• RAPP L., AILUNO J., ALLONCLE A.-P., DELAPORTE Ph., ‘Pulsed-laser printing of silver nanoparticles ink : control of morphological properties’, Optics Express 19 (22), pp. 21563–21574, (2011)
• RAPP L., DIALLO A. K., NÉNON S., ALLONCLE A. P., VIDELOT-ACKERMANN Ch, FAGES F., NAGEL M., LIPPERT Th., DELAPORTE Ph., ‘Laser printing of a semiconducting oligomer as active layer in organic thin film transistors : impact of a protecting triazene layer’, Thin Solid Films 520, pp. 3043-3047, (2012)
• RAPP L., SEREIN-SPIRAU F., LÈRE-PORTE J-P., ALLONCLE A. P., DELAPORTE Ph., FAGES F., VIDELOT-ACKERMANN C. ‘Laser printing of air-stable high performing organic thin film transistors‘, Organic Electronics 13 (10), pp. 2035–2041, (2012)
• FEINAEUGLE M., ALLONCLE A.P., DELAPORTE Ph., SONES C.L., EASON R.W., ‘Time-resolved shadowgraph imaging of femtosecond laser-induced forward transfer of solid materials’, Applied Surface Science 258, pp. 8475-8483, (2012)
• BIVER E., RAPP L., ALLONCLE A. P., SERRA P., DELAPORTE Ph., ‘High-Speed Multi-Jets Printing using Laser Forward Transfer : Time-Resolved Study of the Ejection Dynamics’, Optics Express 22 (14), pp. 17122–17134 (2014)
• PATRASCIOIU A., FLORIAN C., FERNÁNDEZ-PRADAS J.M., MORENZA J.L., HENNIG G., DELAPORTE P., SERRA P., ‘Interaction between jets during laser-induced forward transfer’, Applied Physics Letters 105, 014101 (2014)
• CONSTANTINESCU C., RAPP L., DIALLO A. K., VIDELOT-ACKERMANN Ch., DELAPORTE Ph.,ALLONCLE A. P., ‘Microcapacitors with controlled electrical capacity in the pF–nF range printed by laser-induced forward transfer (LIFT)’, Organic Electronics 20, p. 1-7, (2015)
• DELAPORTE Ph., ALLONCLE A.-P., ‘Laser-Induced Forward Transfer : A high resolution additive manufacturing technology’, Invited paper, J. of Optics & Laser Technology 78, 33–41 (2016) http://dx.doi.org/10.1016/j.optlast... _