全印刷制备有机薄膜晶体管：进展与挑战

贾晗钰，邹晓兰，孙晴晴，刘旭影

(郑州大学材料科学与工程学院，河南 郑州 450001)

1 前 言

作为一类典型的三端半导体器件，薄膜晶体管(thin-film transistors, TFTs)通过调控栅极电压来大幅度操纵源极与漏极之间的电流变化，从而实现器件开态-关态的电学性质切换。薄膜晶体管在以集成电路、逻辑运算器件等为代表的现代半导体电子工业中扮演着至关重要的角色。由于出色的柔性、可低温溶液加工、廉价、物化性质可调、基底适用性广泛等优势，有机薄膜晶体管(organic thin-film transistors，OTFTs)开始逐步取代传统的硅基薄膜晶体管，在迁移率、开关速度、开启电压稳定性、亚阈值摆幅等方面展现出越来越优异的器件性能[1-4]。特别是自身柔性特征，使有机薄膜晶体管在柔性显示[5]、生物电子[6]、可穿戴器件[7]、全贴合传感器阵列[8]等柔性电子领域表现出强大的应用潜力。传统的薄膜晶体管制备是通过以光刻技术为基础的微加工技术实现，其中涉及光胶旋涂、光刻、金属蒸镀、湿法刻蚀以及掩膜版蒸镀等多步工艺流程(图1)。尽管传统的光刻制程能够实现无机或有机半导体在刚性硅基底或玻璃基底表面的图案化沉积并使之获得亚微米级的沟道尺寸精度，但仍存在成本较高、工艺流程繁琐、材料利用率低(5%)等技术难题，且制程温度普遍高于200 ℃，易导致高分子基底产生形变，对器件大面积集成中的校准和图案化精度产生不利影响。此外，随着基底尺寸由英寸级持续增加至米级，大型蒸镀和光刻设备对加工器件的尺寸限制、加工过程中的材料浪费产生的成本压力，使得基于传统光刻的制备技术难以提升产品效益，极大地阻碍了其进一步的工业化拓展[9]。……