張佳明 史愷 李旭 陸璐 沈兆偉 汪安奇 王智恒

摘要：隨著電子設(shè)備高速發(fā)展，噴墨打印技術(shù)逐步成為了電子器件制備的關(guān)鍵工藝。不同電子器件對圖案化成膜的要求不一樣。目前，成熟的圖案化制備工藝為光刻技術(shù)。但光刻工藝需要反復套刻、顯影、腐蝕等多個繁瑣的步驟，且存在制備材料浪費、環(huán)境不友好等問題?；趪娔蛴〖夹g(shù)，無論在襯底選擇性、圖案化設(shè)計靈活性、工藝簡化性等均具備了一定的優(yōu)勢。而且，打印材料選擇性較為廣泛，有機半導體、無機半導體、金屬粒子都可以實現(xiàn)圖案化制備，在光發(fā)射二極管、薄膜晶體管等電子器件中，都可以發(fā)揮其工藝優(yōu)勢，本論文針對噴墨打印制備的工藝，對新型打印技術(shù)制備薄膜晶體管的結(jié)構(gòu)設(shè)計和優(yōu)勢進行了介紹，最后對噴墨打印網(wǎng)格電極在薄膜晶體管中的應(yīng)用進行了探討。

關(guān)鍵詞：噴墨打印;電極;薄膜晶體管

0 引言

如今，隨著電子設(shè)備日新月異的發(fā)展，對器件中半導體層和金屬層的圖案化設(shè)計也是花樣繁多。給光刻工藝提出了很大的挑戰(zhàn)，在前期探索過程中，掩膜版的固定化限制了圖案化薄膜的多樣性設(shè)計。其次，反復套刻技術(shù)為多層結(jié)構(gòu)的設(shè)計形成了一定阻礙。所以，關(guān)注熱點轉(zhuǎn)移到高精的噴墨打印技術(shù)制備光電器件，用來替代成熟的光刻技術(shù)。針對驅(qū)動顯示領(lǐng)域，目前可以實現(xiàn)用噴墨打印技術(shù)制備薄膜晶體管器件（TFT）[1]。在柵極和絕緣層襯底上通過噴墨打印技術(shù)制備金屬氧化物或有機半導體有源層結(jié)構(gòu)，然后再制備源漏電極，形成基于噴墨打印方法制備的TFT器件。

1 噴墨打印薄膜晶體管結(jié)構(gòu)設(shè)計與優(yōu)勢

在1960年，貝爾實驗室Kahng等組員成功制備了第一個硅基的金屬/氧化物/半導體晶體管器件[2]。通過器件中有源層材料的不斷變化，從硅基晶體管逐步發(fā)展到如今的有機晶體管和金屬氧化物晶體管[3]。通過光刻技術(shù)實現(xiàn)了不同有源層、絕緣層、電極的結(jié)構(gòu)設(shè)計[4]。

針對基于印刷技術(shù)制備TFT器件，底柵極頂接觸結(jié)構(gòu)更利于打印工藝。在制備好的底柵極和絕緣層上，可直接精密打印圖案化的有源層結(jié)構(gòu)，最后打印頂接觸的源、漏電極，從而完成印刷TFT器件的整體制備工藝。目前，成熟的印刷技術(shù)制備的TFT器件主要選擇硅和熱氧化的二氧化硅作為底柵極和絕緣層，選取銦鎵鋅氧作為有源層的打印墨水，通過微米噴墨打印技術(shù)，在二氧化硅表面形成圖案化的有源層結(jié)構(gòu)。最后，在有源層結(jié)構(gòu)上噴墨打印制備源、漏電極，且電極間的距離可以通過打印間距的設(shè)置進行調(diào)控。

2 噴墨打印網(wǎng)格電極在薄膜晶體管中的應(yīng)用

如果滿足當前對TFT器件應(yīng)具備柔性和光透過性的需求，我們就沒有辦法選擇硅作為底柵極來制備透明或半透明的TFT器件。這就需要選擇光透過率較高的電極作為TFT的底柵電極，例如傳統(tǒng)的金屬氧化物透明導電薄膜、金屬納米線、碳納米管、金屬網(wǎng)格電極等[5]。綜合制備工藝和光電性能，較為理想的底柵極的選擇應(yīng)為金屬網(wǎng)格電極。目前，金屬網(wǎng)格電極的制備主要為壓印法和刻蝕法，但由于工藝繁瑣、材料浪費等原因限制了這兩種方法制備金屬網(wǎng)格電極。所以，結(jié)合噴墨打印技術(shù)制備間距可調(diào)的金屬網(wǎng)格電極既可簡化工序，又可以實現(xiàn)柔性加工的需求。

首先，將銀納米粒子溶液作為打印墨水在柔性襯底上精密打印形成金屬網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，根據(jù)平衡網(wǎng)格電極的光透過率和導電性兩個參數(shù)的依賴關(guān)系，設(shè)計電極中打印線條的寬度和間距，通過退火固化形成導電性能良好的透明電極。其次，使用蒸鍍或溶膠凝膠方法在金屬網(wǎng)格電極上制備絕緣層材料。在絕緣層上通過使用噴墨打印技術(shù)，形成圖案化的有源層結(jié)構(gòu)。最后，使用銀納米粒子墨水打印源、漏電極用于TFT器件性能的測試。噴墨打印網(wǎng)格電極作為柵極在TFT器件中的應(yīng)用，不但可以大幅度提高電子的注入效率，而且可實現(xiàn)TFT器件的透明化，為TFT器件在光電子設(shè)備中的應(yīng)用提供了更多可能性。

3 總結(jié)

隨著當代電子設(shè)備突飛猛進的更新?lián)Q代，噴墨打印技術(shù)對電子元器件制備的推動受到了廣泛的關(guān)注。針對薄膜晶體管器件對不同圖案化結(jié)構(gòu)設(shè)計的需求，噴墨打印技術(shù)滿足了工藝簡單、制備成本低、可柔性加工的需求。其中，噴墨打印制備的網(wǎng)格電極優(yōu)異的光透過率和導電性能具備了很好的應(yīng)用價值。本論文針噴墨打印薄膜晶體管的制備工藝，對其結(jié)構(gòu)設(shè)計與優(yōu)勢進行了介紹，對噴墨打印網(wǎng)格電極在薄膜晶體管中的應(yīng)用進行了討論，為噴墨打印工藝制備光電器件領(lǐng)域提供一定的借鑒。

參考文獻：

[1] Avis C， Hwang H R， Jang J. Effect of Channel Layer Thickness on the Performance of Indium？Zinc？Tin Oxide Thin Film Transistors Manufactured By Inkjet Printing [J]. Applied Materials& Interfaces， 2014， 6： 10941-10945

[2] Kahng D， Atalla M M. Silicon-Silicon Dioxide Field Induced Surface Devices. In Carnegie Institute of Technology， IRE-AIEE Solid State Devices Research Conference， Pittsburgh， 1960.

[3] Hoffman R L， Norris B J， Wager J F. ZnO-based transparent thin-film transitors [J]. Appl Phys Lett，

2003， 82：733.

[4] Nomura K， Ohta H， Takagi A， Kamiya T， Hirano M， Hosono H. Room-Temperature Fabrication of Transparent Flexible Thin Film Transistors Using Amorphous Oxide Semiconductor [J]. Nature， 2004， 432： 488-492.

[5] Kumar A， Zhou C W. The Race To Replace Tin-Doped Indium Oxide： Which Material Will Win [J]. ACS Nano， 2010， 4： 11-14

作者簡介：張佳明，男，現(xiàn)就讀于吉林建筑大學電氣與計算機學院。