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超薄薄膜印刷有机电路,山形大学咋做到的

时间:06-15 来源: 技术在线?? 点击:

,但全印刷型的超柔性电子产品至今仍未实现。山形大学有机材料系统研究推进本部的研究室利用全印刷方式,在超薄型聚合物薄膜上制作有机晶体管及集成电路,实现了优良的电特性和机械柔性。

在玻璃基板上形成的特富龙层非常薄,很容易剥离,上面又叠加了1μm厚的聚一氯对二甲苯。山形大学利用旋涂的方法,在聚对二甲苯薄膜上形成PVP膜,在进行等离子体处理后作为基层。使用喷墨法在栅极电极上印刷使用水溶剂的银(Ag)纳米粒子墨水,在控制湿度的环境下进行干燥,再以120℃的温度进行焙烧。接着通过旋涂,形成厚度为360nm的栅极绝缘膜。通过喷墨法,在源极及漏极(SD)电极上印刷使用碳化氢溶剂的银纳米粒子墨水,以120℃的温度进行焙烧。然后使用自组装单分子膜,对SD电极表面进行改性。最后使用分配器制成有机半导体层,在100℃、1分钟的条件下进行热处理。

图8是从玻璃基板上剥离下来的情况,图9是在上面制作的有机TFT阵列的照片。当驱动电压为10V时,有机TFT的载流子迁移率为1.0cm2/Vs以上,得到了开关比为106以上的良好特性。即使整张薄膜加入的50%的压缩应变,晶体管特性也几乎观测不到变化,表现出了良好的机械稳定性(图10)。

图8:从玻璃基板上剥离 (图:山形大学的资料)

图9:超薄型聚对二甲苯薄膜上的全印刷有机集成电路 (图:山形大学的资料)

图10:外加压缩应变前后的晶体管照片 (图:山形大学的资料)

另外,作为集成电路的示例,山形大学制作变频器,对其动态特性进行了评价,结果显示,在不外加应变的状态下,响应时间为1.1ms。而在压缩至50%的状态下,响应时间为1.2ms,特性基本相同。由此可见,山形大学成功使用印刷法,在超薄薄膜上形成了特性、机械稳定性非常优良的有机TFT及变频器电路。元件的总厚度约为2μm,重量为2g/m2。

结语

柔性电子与印刷电子国际会议"2016 International Conference on Flexible and Printed Electronics(ICFEP)"已于2016年9月6日~9日在山形大学举办。组织委员长由山形大学有机电子研究中心主任、卓越研究教授时任静士担任。主题演讲由兼任荷兰Holst Centre教授、比利时IMEC院士、比利时Katholieke Universiteit Leuven教授的Paul Heremans发表。本次会议是了解柔性及印刷电子最新动向,聆听活跃在世界各地的研究人员和技术人员的演讲并展开讨论的绝佳机会。而且还能享用到米泽牛和日本酒等美食。

笔者这次介绍了以构建检测生物物质(体液)的高灵敏度生物传感技术为宗旨的OFET的开发情况。OFET借助可穿戴OFET型生物传感器与ICT(信息通信技术)的融合,正在力争实现与云网络联动的社会应用(图11)。笔者在第1次报告中介绍的是智能房屋。其使用的元件均为有机电子的产物,研究人员可以一清二楚地掌握自己的研究成果在社会中的用途。研究人员也有望因此而获得更大的动力。

图11:通过使用OFET的传感器提高QOL(Quality of Life) (图:山形大学的资料)

超轻型、超薄型元件具备柔性和延展性。连载介绍的印刷法能做到多品种、少量制造,实现可以称之为"个人制造业"的终极制造技术也绝非梦想。

在此,笔者由衷感谢为我提供此次参观机会,在百忙之中抽出时间一同参观研究所、进行讨论的中心主任时任静士、副主任高桥辰宏,以及各位老师。

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