20世紀70年代以來, 某些有機材料因其導電性和半導電性引起了人們的關(guān)注。此時, 研究員 Alan J. Heeger, Alan G. MacDiarmid 和:Hideki Shirakawa 引領(lǐng)該領(lǐng)域的研究并獲得了2000年的諾貝爾化學獎。

    基于一些有機材料對溶液處理分子或混合聚合物的方案仍在研究, 同時, 這些材料也逐漸向多個應用領(lǐng)域滲透。首先, 有機半導體材料可用于制造發(fā)光二極管, 這些發(fā)光二極管可被加工成OLED(有機發(fā)光三極管)顯示器。OLED顯示器大多是將內(nèi)容顯示在玻璃上, 而非印刷的。相反地, 這些材料還可以吸收光線并把光能轉(zhuǎn)化為熱能, 因此常被用在有機光伏電池(OPW}沖。其次, 有機材料還可以用于生產(chǎn)各種傳感器。最后, 有機半導體材料可用于制作薄膜晶體管(TFT), TFT有能力執(zhí)行邏輯電路和模擬電路的運行。

     作為有機印刷標簽的基礎(chǔ)器件, 這些印刷的有機薄膜晶體管(OTFT)能夠被集成到RFID電路中。下面我們討論用于生產(chǎn) RFID標簽的有機印刷電子技術(shù)的優(yōu)缺點及其發(fā)展現(xiàn)狀。

     有機印刷電子技術(shù)具有低生產(chǎn)成本的優(yōu)勢。除此之外, 與硅油墨印刷電子技術(shù)相比, 它還具有以下優(yōu)點:

     首先, 印刷的有機標簽對環(huán)境無污染?；谖灞骄酆衔锼芰系陌雽w材料被廢棄后極易被分解。這是有機標簽的優(yōu)點, 但是也被認為是它的一個缺點。
     其次, 制造過程允許低溫(低于150℃)處理加工。這使得有機半導體能夠與柔性聚合物塑料基板相兼容, 例如聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN), 這些材料不耐高溫, 成本較低。

     但一些嚴重的局限性和弊端阻礙了有機印刷標簽的應用。
     首先, 印刷的有機晶體管與印刷的硅晶體管相比, 其電荷載流子遷移率較低,與傳統(tǒng)的單晶晶體管相比, 其載流子遷移率更低。如前所述, 遷移率是衡量晶體管性能的基本材料參數(shù), 它被定義為漂移電流密度與內(nèi)部電場之比。遷移率之所以是衡量電子電路的重要參數(shù), 有以下兩個原因。
1)影響整流器的性能。
2)決定晶體管的轉(zhuǎn)換速度, 因此, 最大時鐘頻率可以由標簽電子電路實現(xiàn)。

     大多數(shù)有機電子設(shè)備都采用 p型積聚模。這種印刷晶體管的遷移率只有1c㎡/Vs。當在室溫(300K)情況下, 在傳統(tǒng)的半導體電子中晶體硅電子遷移率為1350c㎡2/V8, 空穴遷移率約為480c㎡2/Vs。然面, 同等條件下, n型印刷的硅油墨晶體管最好的遷移率可以達到約200cm2/Vs。

     “如何使n型積聚模的有機印刷品體管獲得高遷移率”這一課題吸引了研究人員對該領(lǐng)域的研究。然面, 大多數(shù)有機半導體的電子親和力較低(3. 5~4eV)。這將使得常用二氧化硅有機半導體分界面的電子積累層的制定變得困難。因此, 柵極介電層的選擇變得至關(guān)重要。低遷移率致使有機印刷標簽只能工作在低頻 (125kHx)和高頻(13. 56MHz), 并且在標簽返回鏈路上只具備很低的數(shù)據(jù)傳輸速率?；谟∷⒂袡C標簽的整流器最高可實現(xiàn)的頻率約為50MHz。據(jù)了解, 目前還沒有工作在特高頻段的有機印刷標簽。

      此外, 印刷有機電子技術(shù)的優(yōu)點之一是有機材料對環(huán)境無污染, 所有的這些材料都會被自然吸收。因此, 基于p型和n型的有機印刷器件對空氣中的氧氣和水分
非常敏感, 其中n型有機混合物最為顯著。暴露在空氣中的p型有機印刷器件的工作壽命只有幾個月。未密封的n型印刷設(shè)備的工作壽命只有幾小時或者幾天。有機
半導體壽命短、參數(shù)和性能穩(wěn)定性變差等問題。許多研究致力于延長有機器件的壽命。另一方面, 我們可以利用外露的TFT通道開發(fā)這種敏銳的晶體管對周圍環(huán)境
中的氣體和氣態(tài)物質(zhì)的靈敏性, 為未來的智能標簽實現(xiàn)低成本地集成有機傳感器元件。這些應用包括食品腐爛檢測以及新的生物傳感器。通與傳統(tǒng)的單晶集成電路一樣, 印刷的有機晶體管標簽也面臨著低成本市場的封 裝和包裝的困難。
       多數(shù)企業(yè)加大人力和物力致力于有機印刷 RFID 標簽的應用。處于該領(lǐng)域領(lǐng)先地位的 Poly IC公司于2007年推出了第一個有機印刷RFID標簽。該標簽通過一個簡單的電路便可工作在13. 56MHz的高頻波段, 并具有較低功能性。該標簽只能用于品牌保護和票務。在高頻段的標簽獲得成功之前已經(jīng)實現(xiàn)低頻段的有機印刷標簽。然而, 由于低頻天線元件尺寸比高頻天線元件的大, 所以低頻段標簽的應用并不廣泛。飛利浦公司稱其已成功研制基于有機印刷電子的集成了1940個晶體管的64位標簽。標簽的數(shù)據(jù)傳輸速率為150bit/s。下一節(jié)我們將得知, 這一速率遠遠低于使用硅油墨CMOS 技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸速率, 其中數(shù)據(jù)通信率為106kbil/s 的標簽也是可以實現(xiàn)的。

    由于OTFT設(shè)備的高閥值電壓工作特性, 有機半導體標簽需工作在14V 電源電 壓或更高的供電系統(tǒng)。這種特點將基于高能耗有機TFT的標簽歸類為感應耦合低
頻和高頻系統(tǒng), 因此, 標簽可滿足讀寫器系統(tǒng)對高強度能量場的要求。TFT 設(shè)備的關(guān)鍵性電氣參數(shù)有:門限電壓Vcs、擊穿電壓Vps、泄漏電流的漂移時間等。這些電氣參數(shù)將導致在進行有機電路設(shè)計和實現(xiàn)可預測、可重復的操作時出現(xiàn)重大問題。這些問題也許不影響少數(shù)實驗室中手工選擇的原型的研究, 但是不利于大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)高收益、高可靠的印刷電路。因為印刷電路的生產(chǎn)的批量性以及產(chǎn)品周期的變化性提出了對電子電器容許參數(shù)設(shè)計的大量需求。