【正文】 （ 21） 品質(zhì)因子增高可以增加天線的感應(yīng)距離 .對(duì)印刷天線而言 ， 印刷電阻往往較大 ， 通過最優(yōu)的印刷工藝 ， 可以獲得較低的天線阻值 ， 同時(shí)使選用電導(dǎo)率較低的銀漿成為可能 ，從而可降低印刷成本 ， 因此最優(yōu)工藝的研究顯得具有重要意義 . 實(shí)驗(yàn)的最后 ， 對(duì)印刷天線樣品進(jìn)行了實(shí)際芯片綁定測(cè)試 ， 結(jié)果顯示 ， 在近距離 ( 30cm)的應(yīng)用場(chǎng)合 ， 閱讀器可以提供給標(biāo)簽印刷天線足夠的感應(yīng)能量 ， 其應(yīng)用效果因不存在天線 Q 值過高選頻性能太好的情況 ， 所以印刷天線甚至優(yōu)于繞線及蝕刻天線 ， 取得了良好的感應(yīng) . 基于物聯(lián)網(wǎng)下的印刷技術(shù)研究 15 第 3 章 有機(jī) RFID 電子標(biāo)簽印刷 自世界頭號(hào)零售商沃爾瑪宣布大范圍使用 RFID 和美國(guó)軍方宣布軍需物品均使用RFID 標(biāo)簽來進(jìn)行識(shí)別與跟蹤以來，近年 RFID 技術(shù)開始在全球范圍內(nèi)掀起陣陣高潮，吸引了眾多知名企業(yè)參與相關(guān)芯片及技術(shù)的研究和開發(fā) . 目前 RFID 技術(shù)正處于迅速上升的時(shí)期，被業(yè)界公認(rèn)為是本世紀(jì)十大技術(shù)之一， RFID商品標(biāo)簽也被認(rèn)為將是今后全球商品交易及物流中采用最廣的技術(shù)之一 .但 RFID 標(biāo)簽的高成本卻制約著這一技術(shù)的普及（ RFID 標(biāo)簽的成本大約在每枚 美元以上） .為了解決這個(gè)關(guān)鍵問題， RFID 標(biāo)簽設(shè)計(jì)及制作工作一直在尋找新的途徑 .近年來國(guó)外已經(jīng)開始有機(jī) RFID 標(biāo)簽技術(shù)的研究，并 且已經(jīng)取得了很大的成就 .采用有機(jī)薄膜晶體管 (OTFT)能夠使 IC 電路制備在便宜的塑料基底上，進(jìn)行取代硅芯片的方案， 完成大規(guī)模有機(jī)電路的集成 ,最后通過印刷方式進(jìn)行批量生產(chǎn) ， 大大降低 RFID 標(biāo)簽的成本 .據(jù)估計(jì)，這種有機(jī) RFID 標(biāo)簽的成本將有望降至 ～ 美元甚至更低 .作為一個(gè)低成本的選擇方案，有機(jī) RFID 將在世界范圍內(nèi)開辟一個(gè)新的市場(chǎng)，與硅片 RFID 技術(shù)相互補(bǔ)充來滿足市場(chǎng)的需求 . 有機(jī) RFID 電子標(biāo)簽技術(shù)無論是生產(chǎn)材料還是生產(chǎn)方式都比無機(jī) RFID 技術(shù)極具優(yōu)勢(shì) , 符合未來商業(yè)化的要求及應(yīng)用 .20xx 年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予了黑格爾、麥克德爾米德、白川英樹等人 , 獎(jiǎng)勵(lì)他們?cè)谟袡C(jī)電子學(xué)、有機(jī)聚合物研究方面取得的重大突破 .在隨之而來的有機(jī)電子時(shí)代里 , 有機(jī)電子在信息領(lǐng)域的應(yīng)用逐漸成為了一個(gè)嶄新的研究方向 , 有機(jī)半導(dǎo)體材料將改變對(duì)電路性能要求不是非常高的半導(dǎo)體生產(chǎn)工藝 , 同樣 RFID 技術(shù)領(lǐng)域也醞釀著一場(chǎng)革命 . 有機(jī) RFID 電子標(biāo)簽印刷的理論基礎(chǔ) 有機(jī) RFID 電子標(biāo)簽組成及功能 有機(jī) RFID 技術(shù)是有機(jī)半導(dǎo)體和 RFID 技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物 , 是未來物聯(lián)網(wǎng)的基石 .有機(jī)RFID 技術(shù)其基本原理同半導(dǎo)體 RFID 一樣，是利用射頻信號(hào)和空間耦合（電感或電磁耦合）傳輸特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)識(shí)別物體的自動(dòng)識(shí)別 .系統(tǒng)一般由兩部分組成，即有機(jī) RFID 標(biāo)簽（應(yīng)答器）和閱讀器（讀頭） .在實(shí)際應(yīng)用中，有機(jī)電子標(biāo)簽附著在被識(shí)別的物體上，當(dāng)帶有有機(jī)電子標(biāo)簽的被識(shí)別物品通過其可識(shí)讀范圍時(shí)，閱讀器自動(dòng)以無接觸的方式將有機(jī)電子標(biāo)簽中的約定識(shí)別信息取出，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別物品或自動(dòng)收集物品標(biāo)志信息的功能 .有機(jī) RFID 技術(shù)除了具有半導(dǎo)體 RFID 技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)以外，還具有便宜、厚度可以非常薄等特點(diǎn)，可以制成柔性電子標(biāo)簽，使用時(shí)可以隨意粘貼，不受軟硬度及厚度等限制 ，將來可以廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、商業(yè)自動(dòng)化、交通運(yùn)輸控制管理、軍事物流等眾多領(lǐng)域 . 有機(jī) RFID 標(biāo)簽在組成及其功能上 , 與無機(jī) RFID 標(biāo)簽并無較大的差異 .下圖 31 是RFID 電子標(biāo)簽標(biāo)簽結(jié)構(gòu)圖 .RFID 標(biāo)簽主要由天線、整流器、負(fù)載調(diào)制、邏輯控制、及江南大學(xué)學(xué)士學(xué)位 論文 16 存儲(chǔ)電路等部分組成 .讀寫器將要發(fā)送的信息 , 經(jīng)編碼后載在某一頻率的載波信號(hào)上經(jīng)天線向外發(fā)送 , 進(jìn)入閱讀器工作區(qū)域的電子標(biāo)簽接收此脈沖信號(hào) , 卡內(nèi)芯片中的有關(guān)電路對(duì)此信號(hào)進(jìn)行調(diào)制、解碼、解密 , 然后對(duì)命令請(qǐng)求、密碼、權(quán)限等進(jìn)行判斷 .若讀命令 , 邏輯控制電路則從存儲(chǔ)器中讀取有關(guān)信息 , 經(jīng)加密、編碼、調(diào)制后通過卡內(nèi)天線再發(fā)送給閱讀器 , 最后閱讀器對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)、解碼、解密后送至中央信息系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理 .因此有機(jī) RFID 技術(shù)的發(fā)展還將得益于多項(xiàng)技術(shù)的綜合發(fā)展 .所涉及的關(guān)鍵技術(shù)大致包括 : 有機(jī)半導(dǎo)體、芯片、天線、無線收發(fā)、數(shù)據(jù)變換與編碼、電磁傳播技術(shù) . 圖 31 RFID 標(biāo)簽的結(jié)構(gòu)及原理圖 有機(jī) RFID標(biāo)簽與無機(jī) RFID標(biāo)簽主要的區(qū)別在于材料和加工工藝的不同 .無機(jī) RFID標(biāo)簽的芯片部分需要通過復(fù)雜及昂貴的 IC 工藝在硅片上制備出來，然后再與天線部分集成在一起構(gòu)成完整的標(biāo)簽 .而 有機(jī) RFID 標(biāo)簽則力圖全部通過印刷技術(shù) ，用金屬和有機(jī)物墨水把天線和芯片直接制備在同一襯底上，因?yàn)椴捎昧?印刷電子技術(shù) ，有機(jī)薄膜晶體管能夠使電路制備在便宜的塑料基底上，通過 卷對(duì)卷（ R2R）印刷技術(shù) 批量生產(chǎn)有機(jī) RFID標(biāo)簽，這樣制作工藝將得到簡(jiǎn)化，成本也將大大地降低 .對(duì)于以往生產(chǎn) Si 集成電路為基礎(chǔ)來制備 RFID 標(biāo)簽的半導(dǎo)體生產(chǎn)商 ,必須采取數(shù)百個(gè)措施以確保半導(dǎo)體的純凈度 .雖然生產(chǎn)工廠本身效率極高 , 但是最終還是會(huì)產(chǎn)生重金屬以及有毒氣體等工業(yè)廢料 , 同時(shí)還得消耗幾十億加侖水 , 而且從原始材料開始，必須花費(fèi)數(shù)天的時(shí)間，半導(dǎo)體成品才能最終量產(chǎn) .有機(jī)半導(dǎo)體的生產(chǎn)工藝徹底改變了以往的 Si集成電路生產(chǎn)流程，省去了復(fù)雜及昂貴的 CMOS 工藝過程 ( 擴(kuò)散、光刻、刻蝕、離子注入、薄膜生長(zhǎng)、拋光等步驟 ) ，便宜并且環(huán)保 .因?yàn)橛袡C(jī)電子學(xué)能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用很關(guān)鍵的一點(diǎn)就是它能通過印刷工藝來實(shí)現(xiàn)有機(jī)電子器件制造的低成本 .同樣在有機(jī) RFID 標(biāo)簽的研究中，各國(guó)研究者的目的是想通過有機(jī)半導(dǎo)體材料制備有機(jī)集成電路，最終可以通過印刷的方式來得到有機(jī) RFID標(biāo)簽產(chǎn)品 .除天線部分外，調(diào)制電路、邏輯電路和儲(chǔ)存電路等內(nèi)部電路均使用有機(jī)材料制基于物聯(lián)網(wǎng)下的印刷技術(shù)研究 17 作 .集成了數(shù)百及上千個(gè)有機(jī)薄膜晶體管 .其重點(diǎn)就在于打印能夠滿足電路要求 ( 一般載流子遷移率的要求沒有顯示器的高，晶體管的性能達(dá)到遷移率 1cm2/ Vs 以下也可，有良好開關(guān)比，電路工作電壓在 15mV 左右 ) 的有機(jī)集成電路的制作 . 這意味著有機(jī) RFID標(biāo)簽的應(yīng)用 將帶動(dòng)印刷行業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展 .針對(duì)各種印刷技術(shù) ( 噴墨、胺苯、凹版、絲網(wǎng)等 ) 都可以用來制備有機(jī)集成電路 .因?yàn)橛袡C(jī)集成電路的研究屬于起步階段，目前選用噴墨打印技術(shù)來研制有機(jī) RFID 標(biāo)簽，此印 刷技術(shù)靈活性比較大，成本比較低，可研究性比較強(qiáng)，同時(shí)噴墨工藝相比有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn) : 可以在任何襯底上打?。还?jié)省材料；免模板，直接打印數(shù)字圖形；高精度等 . 有機(jī)集成電路中的主要元部件為有機(jī)薄膜晶體管 .采用噴墨打印 ， 有機(jī)晶體管無需真空過程化學(xué)氣相沉積 (CVD) 、光刻等工藝，在塑料襯底上，采用噴墨打印的方法，在基底上依次制備柵極、絕緣層、源、漏電極及有源層，完成有機(jī)薄膜晶體管的制作，及采用有機(jī)材料分層完成其他有機(jī)電路部件的制作 .有機(jī)半導(dǎo)體材料可以采用便宜的高分子聚合物等導(dǎo)電材料 .就天線部分的制作而言，無機(jī) RFID 標(biāo)簽的天線采用金屬墨水通過印刷工藝在塑料襯底上加工出來，而芯片部分則通過傳統(tǒng) IC 工藝在 Si 片上制備出來，然后再把二者集成在一起構(gòu)成完整的標(biāo)簽 .而有機(jī) RFID則希望全部通過印刷 ( 如噴墨打印 ) 的技術(shù)，用金屬和有機(jī)物墨水把天線和芯片直接制備在同一襯底上，避免了二者集成 . 采用打印制備 RFID 標(biāo)簽的工藝將碳基材料的微細(xì)顆粒噴射到芯片的基底上，在幾分鐘內(nèi)就可以制造出芯片成品，且塑料芯片可以單片制造，其成本甚至不到 01 美分 .而目前如果要建造一座生產(chǎn) Si 芯片的工廠，其資金可能要高達(dá)百億美金以上，然而同樣的資金卻可以建造超過 100 個(gè)生產(chǎn)塑料芯片的工廠 .不論從前端廠房及材料成本，到后端的應(yīng)用與生產(chǎn)成本，有機(jī) RFID 技術(shù)的生產(chǎn)都極具優(yōu)勢(shì) .目前的研究瓶頸主要集中在研制適合于制作 RFID 標(biāo)簽的性能良好的高分子半導(dǎo)體材料，或其他可溶性有機(jī)半導(dǎo)體材料作為打印的墨水，來提高有機(jī)薄膜晶體管的性能，滿足整個(gè)有機(jī)集成電路的要求 .這些技術(shù)一旦研制成功，在以后商業(yè)應(yīng)用的方向上，則可以采用卷對(duì)卷打印技術(shù)大規(guī)模進(jìn)行生產(chǎn)，減少了浪費(fèi)，節(jié)省了時(shí)間，并實(shí)現(xiàn)了材料的直接積層或堆疊，大大降低了成 本，成為大規(guī)模進(jìn)入市場(chǎng)的條件，使得 RFID 技術(shù)的普及成為可能 . 有機(jī)智能標(biāo)簽的分類 有機(jī) RFID 標(biāo)簽按其發(fā)射方式可分為反射式和發(fā)射式兩種 . 反射式（通常為無源標(biāo)簽所采用）將閱讀器發(fā)射的高頻信號(hào)經(jīng)過標(biāo)簽內(nèi)產(chǎn)生的識(shí)別信號(hào)調(diào)制后，形成的已調(diào)信號(hào)反射發(fā)送到閱讀器中 .閱讀器將接收到已調(diào)信號(hào)，并解調(diào)出識(shí)別信號(hào)進(jìn)行識(shí)別 . 發(fā)射式（通常為有源標(biāo)簽采用）射頻卡內(nèi)有高頻載波發(fā)生電路，該電路產(chǎn)生高頻載波，并被卡內(nèi)產(chǎn)生的識(shí)別信號(hào)調(diào)制，調(diào)制后的已調(diào)信號(hào)發(fā)送到閱讀器中 . 江南大學(xué)學(xué)士學(xué)位 論文 18 有機(jī)薄膜晶體管 有機(jī)薄膜晶體管 過去十多年來，具有光電特性的有機(jī)導(dǎo)電分子，以及高分子材料研發(fā)中有許多突破性的進(jìn)展 .這些具有光電性質(zhì)的有機(jī)材料，不論是小分子、聚合物或是高分子聚合物，往往可以吸收、發(fā)射可見光及光電性質(zhì)，進(jìn)而催生出不同的應(yīng)用，其中最重要的包括有機(jī)發(fā)光二極管（ Organic Light Emitting Diode，簡(jiǎn)稱 OLED）、有機(jī)薄膜晶體管（ Organic Thin Film Transistors，簡(jiǎn)稱 OTFT） .有機(jī)薄膜晶體管從廣義上來說是將傳統(tǒng)無機(jī)晶體管中的半導(dǎo)體層，用有機(jī)材料來取代，并進(jìn)一步以有機(jī)導(dǎo)體與塑料基板來取 代無機(jī)導(dǎo)體和玻璃基板，完成可撓曲的有機(jī)薄膜晶體管 .如下圖 32 的有機(jī)薄膜晶體管圖片 . 圖 32 有機(jī)薄膜晶體管 有機(jī)薄膜晶體管物理特性的提高導(dǎo)致采用有機(jī)薄膜晶體管代替無機(jī)薄膜晶體管（主要采用硅制造）作為大規(guī)模集成電路中的主要部件，是導(dǎo)致有機(jī) RFID 的誕生及帶動(dòng)有機(jī) RFID 迅速發(fā)展的主要關(guān)鍵技術(shù)之一 . 有機(jī)薄膜晶體管擁有傳統(tǒng)無機(jī)薄膜晶體管不可比擬的優(yōu)點(diǎn) : 有機(jī)材料可利用溶液進(jìn)行大面積旋涂、打印，降 低制作的成本；相對(duì)于無機(jī)材料，有機(jī)材料可以在較低溫的條件下制作， 因此可選擇耐熱性 較差的塑料基板，以制造質(zhì)輕、具韌性、可撓曲的電子器件； 可撓基底、低成本、低溫制程，使得 OTFT 可以應(yīng)用于低成本、大面積的軟性電子產(chǎn)品的機(jī)會(huì)大大提升 .例如作為開關(guān)元件應(yīng)用于大面積有源矩陣平板顯示領(lǐng)域 AMLCD、AMOLED 以及傳感器陣列 ,在需要柔性襯底的大規(guī)模集成電路中的應(yīng)用，包括智能卡、智能價(jià)格及庫(kù)存標(biāo)簽、無線射頻識(shí)別標(biāo)簽、商品防盜標(biāo)簽以及電子條形碼等 . 基于物聯(lián)網(wǎng)下的印刷技術(shù)研究 19 有機(jī)薄膜晶體管的基本原理 人們通常把半導(dǎo)體導(dǎo)電能力隨電場(chǎng)而變化的現(xiàn)象稱為“場(chǎng)效應(yīng)” .晶體管是一種三端子有源器件 .它可以分為雙極型晶體管與單極型晶體管 .場(chǎng)效應(yīng)晶體管是單極型晶體管中的一種 .按載流子傳輸通道可分為表面場(chǎng)效應(yīng)晶體管和體內(nèi)場(chǎng)效應(yīng)晶體管兩種，后者又稱結(jié)型柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (JunctionFET， JFET).有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管是利用有機(jī)半導(dǎo)體作為器件的有源制備的一種 ，因此也被稱為有機(jī)薄膜晶體管 . 有機(jī)薄膜晶體管基本上如同 MOS 晶體管一樣，是由一個(gè)柵極（ Gate）、一個(gè)源極（ Source）、一個(gè)漏極（ Drain）的三端點(diǎn)電子組件組成 .在 MOS 晶體管的三端點(diǎn)里，源極通常接地，而讓整個(gè) MOS 晶體管的操作，由 VGS(柵極電壓 )與 VDS(漏極電壓 )來主導(dǎo) .其中 VGS(柵極電壓 )的大小將決定此晶體管的開關(guān)狀態(tài)， VDS(漏極電壓 )則決定當(dāng)晶體管處于“開”的狀態(tài)時(shí)，流經(jīng)漏極，溝道 (Channel)和源極的電流大小 .按照產(chǎn)生的導(dǎo)電溝道的不同有機(jī)薄膜晶體管又可以分為 n 型、 p 型和雙極型 .在有機(jī)半導(dǎo)體方面 ， 從化學(xué)結(jié)構(gòu)的觀點(diǎn)來看，都含有非定域 (delocalize)的π共軛電子 。 若在 高頻附近 , 附加一些額外處理 ,如高溫或者進(jìn)行電鍍 , 可使導(dǎo)電油墨印刷的天線像銅線圈天線一樣工作出色 .過去 , 導(dǎo)電油墨多應(yīng)用于絲網(wǎng)印刷 , 而現(xiàn)在它不僅可以應(yīng)用于絲網(wǎng)印刷 , 也可以應(yīng)用到膠印、凹印、柔性版印刷等各種印刷工藝上 , 從而大大拓寬應(yīng)用范圍 . RFID 天線印刷與導(dǎo)電油墨 隨著 RFID 技術(shù)應(yīng)用的快速普及，一些大型油墨制造商也適時(shí)推出新型的導(dǎo)電油墨，進(jìn)一步推動(dòng)了 RFID 市場(chǎng)的發(fā)展 .可以說，推動(dòng) RFID 市場(chǎng)逐步走向成功的關(guān)鍵因素之一就是導(dǎo)電油墨的成功開發(fā) . 導(dǎo)電油墨是由金屬導(dǎo)電微粒（銀、銅、碳，通常為銀）分散在連接料中形成的一種導(dǎo)電性復(fù)合材料，印刷到承印物上之后，起到導(dǎo)線、天線和電阻的作用 .該油墨印刷在柔性或硬質(zhì)材料（紙張、 PVC、 PE 等）上可制成印刷電路 .導(dǎo)電油墨干燥后，由于導(dǎo)電粒子間的距離變小，自由電子沿外加電場(chǎng)方向移動(dòng)行程電流，具有良好的導(dǎo)電性能，可接收 RFID 專用的無線射頻信號(hào) .對(duì)于印刷 RFID 標(biāo)簽內(nèi)置天線而言，一個(gè)好的導(dǎo)電油墨配方，要求具有良好的印刷適性，印刷后的墨層具有附著力強(qiáng)、電阻率低、固化溫度低、導(dǎo)電性能穩(wěn)定等特點(diǎn) . 江南大學(xué)學(xué)士學(xué)位 論文 22 沒有導(dǎo)電油墨的發(fā)展，就沒有印刷技術(shù)在 RFID 標(biāo)簽制造中的 廣泛