提高碳納米管器件性能一致性的研究.pdf

1、印刷電子技術是基于印刷原理的電子制造技術，即用印刷的方法來制造電子產品的生產工藝，它的特點在于可實現(xiàn)低成本、大面積構建柔性化電子器件，有利于滿足電子產業(yè)降低成本、擴大市場的要求。印刷電子技術的研究獲得了許多電子產業(yè)發(fā)達國家的廣泛重視，據(jù)相關組織預測，世界印刷電子行業(yè)市場份額預計到2027年將達到3300億美元，在液晶顯示、太陽能電池和印刷射頻識別標簽(RFID)等領域將有著廣泛的應用。在利用印刷方法生產電子產品的研究開發(fā)中，印刷薄膜晶體

2、管器件是印刷電路的核心元件，其性能直接影響了印刷電子產品的質量。半導體功能油墨的印刷成膜是最關鍵的技術難點之一。在很大程度上，半導體材料的固有性質決定了印刷薄膜晶體管器件的性能。與其他半導體材料相比，以碳納米管為代表的線形材料，本身具有良好的電學特性，避免了結晶等復雜過程，半導體碳納米管尺寸小、電學性能優(yōu)異、物理和化學性質穩(wěn)定、易實現(xiàn)溶液化，所組成的網(wǎng)絡比較容易獲得理想的半導體性能，是構建高性能可印刷薄膜晶體管器件最理想的半導體材料之一

3、。
　　然而，這類線形材料所組成的電子油墨在印刷過程中所組成的網(wǎng)絡具有隨機性，大面積印刷產品上，不同部位的電學性能會有比較大的差異?；谟∷⒕€形材料的電子器件性能也因此具有比較大的不均勻性，在特定條件下結構完全相同的器件甚至會有超過10倍的性能差距。針對印刷線形材料不均勻性的學術和工藝研究難題始終沒有得到根本解決。而線形材料的有序化排列通常實現(xiàn)的條件相對苛刻，如高電場、高磁場等，很難大規(guī)模推廣應用，目前產業(yè)界的研究開發(fā)多集中在難度

4、較小的金屬材料印刷方面，學術界集中在尋找和合成新材料方面。對于產品性能至關重要的半導體材料電學性能均一性方面，國內尚無相關的研究，世界范圍內該領域的研究報道也非常罕見。
　　本論文將從器件設計、基底、電極、制備工藝、印前、印后處理等方面對影響電學性能均一性的可能因素進行全面系統(tǒng)的研究。具體包括研究電極厚度和電極溝道長度對碳納米管成膜的影響、碳納米管打印次數(shù)和印前、印后處理對其電學性能的影響、以及新型器件結構對器件性能一致性的提高作

5、用。在電極厚度方面，利用噴墨打印(inkjet)設備和氣流噴墨設備打印機對不同型號的墨水進行打印分析，對同型號墨水不同基底材料的研究，墨水的性能直接決定了電極的打印效果，墨水本身的物理性質如表面張力、粘度、揮發(fā)性等的不同，對設備的打印條件要求也是不一樣的，打印出來的效果也不一樣，除此之外，基底的表面能對所打印電極的成膜效果也都有直接的影響，基底的親疏水性能對墨水的成膜性能影響也很大，印前對器件進行清洗及表面等離子體疏水性處理，可以使打印

6、出來的墨水成膜更均一，噴墨打印(inkjet)設備打印TEC-IJ-060型號的銀墨水在PET柔性襯底上最薄的電極厚度至少為350納米厚，氣流噴印設備打印北印中源的銀墨水，最薄的電極厚度為500納米厚。根據(jù)CNT的特性，對打印的薄層電極與厚層電極進行比較研究，薄層電極能顯著提高器件的均一性能。印刷用的CNT需要經(jīng)過分散、分離等操作，平均長度會因為這些操作而大幅降低，通常印刷用CNT的長度小于500納米，在目前的工藝條件下，還無法做出這么

7、微小的溝道寬度，一般情況下，銀電極的溝道長度是CNT長度的十倍以上，根據(jù)CNT的特性，所做的所有器件的溝道的寬度都太長了，對CNT在電極之間的搭連構成影響，使CNT在電極之間的搭連產生很大的影響，因此對器件的均一性能也有很大的影響。CNT的器件采用多點采樣的原理，提出一種新型器件結構，增加插指數(shù)量，擴大與CNT相接觸電極的分布范圍，降低CNT接觸的不確定性，以抑制印刷CNT分布不均勻而導致的性能波動，抵消器件中因CNT分布不均而引起的性