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喷墨印刷制备有机薄膜晶体管及其电路的研究进展
发布时间:2013-07-21 阅读：次 [打印文章] [关闭窗口]-
对于一个完整的集成电路来说，不仅要有晶体管，还必须有电阻等无源器件以及互连线、通孔，而这些都不能直接用喷墨印刷方法来解决。其中通孔尤为重要，因为它提供了不同层间电极的电气连接。Ｓｉｒｒｉｎｇｈａｕｓ等利用液滴“微流体流动（ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｆｌｏｗ）”物理机制形成的“咖啡斑点（ｃｏｆｆｅｅｒｉｎｇ）”效应，在有机绝缘膜上打印出了通孔。他们首先通过喷墨印刷工艺在聚合物绝缘层ＰＶＰ上喷印异丙醇溶液，局部的ＰＶＰ 被溶解并且迅速干燥，由于液滴边缘的干燥速度比中心快，根据“微流体流动”理论，溶解液都“再沉积”在了液滴的边缘。反复喷印几次后，就在ＰＶＰ表面形成了一个弹坑状的孔，经过测试，这个孔可以作为垂直互连的通孔。他们利用喷墨印刷技术也实现了电阻的打印。由于ＰＳＳ 是绝缘体，ＰＥＤＯＴ∶ＰＳＳ 薄膜的电导率强烈地依赖于它与ＰＥＤＯＴ的比例，所以通过调节ＰＥＤＯＴ 和ＰＳＳ的组成比例，就可以实现材料在很宽范围的电阻率的调节，也可以通过改变溶液浓度及打印长度来调节电阻的阻值。经过工艺整合，他们制备了可以工作在２０Ｖ、２５０ Ｈｚ电压下的电阻负载（４７ＭΩ）反相器。Ｓｉｒｒｉｎｇｈａｕｓ等人在以上电子元件成功打印的基础上，对工艺进行整合，实现了具有电压反向功能的有机电路的全喷墨打印图案化。
美国ＰａｌｏＡｌｔｏ研究中心同样在喷墨印刷加工有机薄膜晶体管方面进行了大量的工作，其工作重点主要集中在高性能有机半导体材料及其薄膜晶体管的喷墨印刷加工上。他们采用数字光刻打印的方法在二氧化硒栅绝缘层上打印熔融的蜡作为抗蚀剂，制备了图案化的源、漏电极。然后，蜡又作为保护层，用ＯＴＳ溶液将基板修饰成疏水性的表面，实现了层与层之间的精确套准。在此基础上，再利用喷墨印刷工艺将有机半导体材料淀积在图案化电极的沟道区域。他们研究了不同有机半导体材料的喷墨印刷图案化及其器件的性能，其中采用ＸＰＴ 为半导体材料的薄膜晶体管的迁移率达到了０．１ｃｍ２／Ｖ·ｓ，开关比在１０６ 以上。他们利用喷墨印刷作为惟一的图案化加工工艺，制作了１２８×１２８像素的ＴＦＴ 的有源矩阵的驱动电路阵列，采用ｐｏｌｙ作为半导体层，有机薄膜晶体管阵列的平均迁移率达到０．０６ｃｍ２／Ｖ·ｓ。
３ 存在的问题
喷墨印刷沉积有机薄膜的工艺和有机电子器件都是比较新颖的课题，目前需要解决的问题仍然很多，主要包括：
（１）虽然很多研究机构已经利用喷墨印刷技术实现了有机电子器件的制造，但这些都是局限于实验现象的研究，作为一项制造工艺来说，还有许多基础理论问题需要解决，包括：有机材料的组成、结构、浓度等参数与印刷适性的关系；有机材料的溶液在喷墨印刷过程中的工艺参数的控制；液滴干燥过程对薄膜形态的影响；如何改善喷墨印刷工艺沉积薄膜的性能等。
（２）有机电子制造中使用到的有机材料来源广泛、种类繁多，其性能也不尽相同，这就要求研究开发出一种适用范围更广的喷墨印刷系统，使得它精度高、定位准确、可控制性强等，这也将有利于拓宽喷墨印刷工艺的应用范围，促进喷墨印刷技术制备有机电子器件的产业化。
（３）在有机薄膜晶体管的制造加工中，最大的挑战来自对薄膜晶体管中源／漏电极的图案化，如何通过各种手段改进工艺，从而实现高分辨率电极的打印，是实现ＯＴＦＴ喷墨打印产业化的关键课题。
（４）高质量的ＯＴＦＴ 超薄栅绝缘膜的制备是降低栅电压的关键工艺，这也是需要继续探讨的课题。
４ 结 论
喷墨印刷技术是有机电子器件制造领域一个很有前景的微图案化加工技术，对于实现有机电路的低成本制造具有积极的意义。但是作为电子器件制造工艺来说，喷墨印刷技术尚未成熟，还有许多基础理论问题需要解决，如何通过改进工艺和喷墨印刷设备的性能以提高图案化的精度仍然是亟需解决的问题。
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