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“印刷电子”产业现状

日期:2014-05-11

 

  印刷电子技术(printed electronics)是采用印刷工艺制造电子产品的技术,即将电子材料配成流动性的“油墨”,并采用印刷的方式制备成电子器件与系统。它与传统印刷技术、电子印刷以及传统的印刷电路板都不同:传统印刷是可视图文的印刷;电子印刷是在传统平面媒体印刷中更多地应用了电子排版等手段;传统的印刷电路板也不是印刷制造的,而是通过光刻、腐蚀等工艺制作。相比较于传统的硅基半导体微电子加工技术,印刷电子技术省去了涂胶、光刻、刻蚀、溅射、真空沉积等高成本的工序,大幅简化了生产过程,具有节约原料、降低成本、绿色环保等优势。尽管性能目前无法与硅基微电子技术相比,但凭借批量化能力与低成本特点,以及大面积、柔性化等优势,印刷电子技术已经成为一个独立于传统硅基微电子技术的新兴领域,蕴含着巨大发展机遇。英国一家市场调查公司预测,到2020 年各类非硅基电子产品的市场规模将达到近570 亿美元,其中83%的产品将基于印刷制造技术。


  早在上世纪80 年代,当有机导体与半导体材料被发现时,人们看到了未来信息电子器件有可能通过印刷制造的希望,因为有机材料一般可以制备成溶液形态,使其具有印刷油墨的特征,因而可以通过印刷导体与半导体材料制备信息电子技术的最基本的单元器件——晶体管,通过晶体管再构筑复杂的电子系统。但有机电子材料中只有一大类有机小分子材料具有较好的电子学性能,而这些有机小分子材料必须通过真空蒸发来制备电子器件。适合印刷的高分子有机电子材料,其电荷输运性能(电荷迁移率)总是比有机小分子材料差一个数量级。


  印刷电子真正迅速发展起来是在近几年,其主要原因是无机纳米材料开始应用于印刷电子领域。无机纳米材料具有远远高于有机电子材料的电荷迁移率。而且无机纳米材料(纳米粒子、纳米线、纳米管等)可以较容易地制成墨水或油墨,然后用传统印刷方式制成图案。纳米材料本身的性质赋予了这些图案以电荷传输性能、介电性能或光电性能,从而形成各种半导体器件、光电与光伏器件。


  印刷电子近年来蓬勃发展的另一个原因是印刷制备的电子器件具有不同于硅基微电子器件的基本特征,即大面积、柔性化与低成本。尽管印刷制备的晶体管的尺寸与性能远不如硅基晶体管,但其大面积、柔性化与低成本的优势是硅基集成电路所无法取代的。未来的大尺寸柔性显示与照明、大面积薄膜光伏与各类低成本RFID、传感器等特性化电子产品都离不开印刷电子技术,而这类产品的市场是巨大的。事实上,大面积有机发光与显示时代已露端倪,基于印刷的薄膜太阳能电池已经开始与传统晶硅太阳能电池竞争,全印刷制备(包括晶体管)的RFID 已经出现。印刷电子技术以及与之相关联的有机电子技术、柔性电子技术、透明电子技术在未来10 年将进入全面发展时期。
 

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