柔性電子材料專題_王小梅

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1、柔性電子材料王小梅（wfhfmzf@163.com）2010年12月08日柔性電子制造1.柔性電子概述4.本實(shí)驗(yàn)室研究1.1TFT/FET的基本結(jié)構(gòu)4.1實(shí)驗(yàn)平臺(tái)1.2柔性電子制備工藝4.2初步研究結(jié)果2.柔性電子材料2.1基板材料2.2絕緣材料2.3導(dǎo)體材料2.4半導(dǎo)體材料3.溶液化工藝21.柔性電子??柔性電子柔性電子將有機(jī)將有機(jī)//無機(jī)電子無機(jī)電子器件制作在可延性基底上，器件制作在可延性基底上，具有獨(dú)特的具有獨(dú)特的柔性柔性//延展性延展性以及以及大面積、高效制造等特點(diǎn)。大面積、高效制造等特點(diǎn)。?

2、艾倫·黑格馬克迪爾米德白川英樹?TheNobelPrizeinChemistry2000?——"forthediscoveryanddevelopment?大面積ofconductivepolymers"?可穿戴?超薄?輕便?可保形?可彎折?31.1柔性電子結(jié)構(gòu)各種傳統(tǒng)電子產(chǎn)品以薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管TFT（ThinFilmTransistor）是制造的基本器件，柔性電子的基本器件也是TFT，其結(jié)構(gòu)如右圖所示,主要包括：基底，門電極，絕緣層，半導(dǎo)體層，過渡層，源極和漏極。41.2柔性電子制備工藝光刻蔭罩微接

3、觸印制噴印光刻加工技術(shù)成本極高低中等低設(shè)備昂貴，環(huán)境要可制造面小大中等大求高；需要模板，積效率低高高高工藝復(fù)雜；與有機(jī)高溫、低材料兼容性差。溫度高溫高壓低溫中等溫均可軟刻蝕技術(shù)掩膜需要需要不需要不需要需要母板，接觸式加分辨率極高低高高工，很難實(shí)現(xiàn)大面有機(jī)材料差良好差優(yōu)異積有機(jī)器件圖案兼容性化。好，數(shù)字靈活性差差差化刻蝕掩膜印刷技術(shù)R2R兼容性差中等良好良好適合有機(jī)材料，需要材料消耗嚴(yán)重中等低低模板，精度低。環(huán)境要求凈化空間，隔振低中等低工藝步驟多步多步多步單步實(shí)現(xiàn)模式非接觸式接觸式接觸式非接觸式51.

4、2柔性電子制備工藝--傳統(tǒng)噴印技術(shù)傳統(tǒng)噴印主要有兩種液滴生成方式：連續(xù)噴墨（CIJ）——由液滴構(gòu)成的液柱連續(xù)從噴嘴噴出；按需噴墨（DOD）——液滴按需要噴出按需噴印定位精度高，可控性好和節(jié)約材料，目前被廣泛采用按需噴墨使用脈沖推動(dòng)液滴，其驅(qū)動(dòng)方式包括熱泡法、壓電法、熱屈曲法和聲學(xué)法等。為了保持高打印能力，需要制造大而密集的噴墨頭陣列。通常打印頭包含幾十、幾百甚至幾千個(gè)獨(dú)立噴嘴，墨液由同一個(gè)導(dǎo)管供給，但是每個(gè)噴頭可以通過獨(dú)立地址進(jìn)行控制。使用塊體壓電打印頭可取得足夠的驅(qū)動(dòng)力，但導(dǎo)致陣列尺寸過大或打印頭數(shù)

5、目受到限制。由于同樣的原因，熱屈曲法也不可行。由于蒸汽泡的自由膨脹，熱泡打印僅需一個(gè)加熱器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，并可容易由微制造技術(shù)進(jìn)行加工，獲得大面積噴墨頭陣列61.2柔性電子制備工藝--電流體噴?。‥HD）與傳統(tǒng)噴印技術(shù)“推”方式不同，EHD打印技術(shù)采用“拉”方式實(shí)現(xiàn)噴墨。EHD打印技術(shù)采用電場(chǎng)代替熱泡、壓電和聲波驅(qū)動(dòng)方式，在錐模式下從液錐頂端產(chǎn)生極細(xì)的射流，分別形成噴霧、纖維、液滴噴印機(jī)理：當(dāng)局部電荷力超過液體表面張力后，帶電液體從噴嘴處噴射。這種非機(jī)械的靜電技術(shù)是利用電場(chǎng)將液體從噴嘴口所形成的泰勒錐中拉出

6、，形成液柱、液滴或射流（取決于流速、應(yīng)用電壓、液體性質(zhì)和噴嘴結(jié)構(gòu)）。71.2柔性電子制備工藝--EHD電噴涂電噴涂通常按照兩種模式進(jìn)行:直接噴涂的簡單噴嘴模式和萃取噴嘴（nozzle-extractor）模式，兩者不同點(diǎn)在于毛細(xì)管和基板之間增加了一個(gè)環(huán)形電極，可以避免由于基板電極損傷造成薄膜的不均性（a)是液體從噴嘴處彎月錐頂端直接噴射出的液滴碎片。在分離過程中，這些碎片可以形成規(guī)則的大液滴、小液滴或拉伸紡錘體。圖(b)中，液體被拉伸成小射流，由于射流的不穩(wěn)定最終破碎成液滴81.2柔性電子制備工藝--

7、-EHD電紡絲雖然在噴絲頭頂部射流穩(wěn)定，當(dāng)錐尖出極細(xì)射流加速飛向向收集電極，飛行過程中固化成纖維，當(dāng)射流離開噴嘴一小段距離后就會(huì)出現(xiàn)復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)特性目前有兩類有關(guān)不穩(wěn)定性的研究工作：電紡絲的示意圖（1）少量關(guān)于紡絲控制的研究，包括用電場(chǎng)對(duì)纖維定向，轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械軸收集纖維等；（2）大量關(guān)于電紡絲的物理化學(xué)基礎(chǔ)研究，包括聚合物溶液濃度、施加電壓和電極間距離的影響液滴形狀隨時(shí)間和電壓改變的演化過程91.2柔性電子制備工藝---EHD電噴印(a)是微毛細(xì)管噴嘴的掃描電鏡圖像，(b)是噴嘴和基板的結(jié)構(gòu)，(c)是噴

8、印系統(tǒng)裝置。射流從針尖射出，并通過移動(dòng)平臺(tái)對(duì)圖案進(jìn)行控制，液滴沉積在第二個(gè)電極上面的基板上。針頭的內(nèi)徑通常為0.1~1mm，如果能夠制造更小內(nèi)徑的針頭，可獲得更高的分辨率。電噴印產(chǎn)生的液滴至少比針頭尺寸小一個(gè)數(shù)量級(jí)，能達(dá)到微米甚至納米尺電噴印的原理示意圖寸102.柔性電子材料--基底材料光性能化學(xué)性能?高透光?水汽傳輸速率<10-6g/m2/day?低雙折射?氧氣傳輸速率<10-3-10-5g/m2/day表面粗糙度力學(xué)性能?器件薄膜越薄，電性能對(duì)表面粗