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| OTFT：材料与工艺是关键 |
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| [ 时间：2007-10-09 ] |
去年12月，由中国科学院长春应用化学所承担的吉林省科技发展计划项目“有机TFT器件研究”通过了吉林省科技厅组织的专家验收，使我们认识了“有机薄膜晶体管液晶显示器(OTFT-LCD)”。中国科学院长春应用化学研究所研究员闫东航介绍，OTFT的作用与现有的TFT相同，是一类基本的电子开关元件(或逻辑元件)，不同的是核心材料采用了有机半导体。可以说，有机TFT技术是低功耗和环境友好的技术，是平板显示技术发展的一个必然趋势。
关键技术：材料与工艺
记者在采访中了解到，传统的无机晶体管是金属氧化物半导体(MOS)式的场效应管，其半导体材料一般为无机硅。有机薄膜晶体管(OTFT)又称塑料晶体管，与MOS晶体管的最大不同在于OTFT采用有机半导体材料取代MOS中的无机半导体材料。与无机晶体管相比，有机薄膜晶体管具有下述主要优点：有机薄膜的成膜技术更多、更新，从而使制作工艺简单、多样、成本低；器件的尺寸能做得更小，集成度更高，分子尺度的减小和集成度的提高意味着操作功率的减小以及运算速度的提高；全部由有机材料制备的所谓“全有机”的晶体管呈现出非常好的柔韧性，而且质量轻，携带方便。
我国台湾对OTFT的研究也比较早，台湾电子研究所相关人士指出，生产OTFT面临的两大挑战，分别是材料与工艺的改变。首先是材料方面，从过去TFT-LCD采用的非晶硅或多晶硅等无机材料，转变成有机材料。由于有机材料的结合比硅更具有延展性与弹性，因此可制作于塑料基板上，成为可挠曲的显示器。其次是工艺方面，过去TFT-LCD采用的是类似半导体的制程，但OTFT则是采用印刷制程，包括网印、喷墨印及接触印等方法来制作有机薄膜晶体管。TFT-LCD在工艺温度上高达200℃～400℃，但OTFT的工艺温度则不到100℃。
记者在采访中了解到，目前一般工艺制作出的OTFT，其载流子迁移率仅能用于电子纸固定画面的静态显示用途，如果要应用在动态画面显示，则必须将晶体管的载流子迁移率提高到1kHz以上，未来，晶体管的载流子迁移率如能提升到几万赫兹到百万赫兹(MHz)，便可应用于高分辨率的视频显示。
闫东航说，国际上开展OTFT研究已近20年，但如何设计与加工高功能的器件、如何降低加工工艺成本、如何合成兼具高迁移率与环境稳定性的有机半导体材料等，一直是研究瓶颈。长春应化所历经5年努力，在显示器件加工工艺、有机薄膜制备、材料合成等关键环节上取得了突破，综合性能指标超过目前国际上已公布的同类光刻工艺制备OTFT。
应用热点：柔性与便携
有研究表明，对器件进行适度的扭曲或弯曲，器件的电特性并没有显著的改变。良好的柔韧性进一步拓宽了有机晶体管的使用范围。OTFT应用热点包括电子纸、柔性显示等。
尽管OTFT在性能和稳定性等方面还无法与传统的无机晶体管相比，但它具有质轻、价廉、柔韧性好的优点，在各种显示装置以及存储器件方面显示了较好的应用前景。
OTFT-LCD由于使用有机材料，具有可弯曲显示的特点，因此不但耐冲击，而且重量轻、体积小。这项技术的突破，不仅改变了显示器的外观，应用环境也因此大为扩展且多样化。同时，采用类似于报纸印刷工艺的卷带式工艺将显示器印刷在塑料薄片上，可极大地降低生产成本。
此外，OTFT在传感器领域已经得到了广泛的应用。2000年，利用OTFT制备的气体传感器已经问世，这种传感器利用多个参数可以检测到H2O、O2和N2等气体。在此之后，不同气体传感器的报道层出不穷，有些OTFT传感器还用来检测溶液体系中的离子。
研发方向：面向产业化
据闫东航介绍，有机TFT技术属于技术先导性质的前沿研究领域，发展初期相关的基本理论、器件结构、材料和加工方法尚未明确，使得研发投入很少的机构也有可能突破关键技术，与具有强大研发实力的国际公司进行竞争，也就是说近十几年是有机TFT技术发展的历史机遇期。这期间国内中国科学院长春应用化学研究所、中国科学院化学研究所和清华大学等研究单位开展了针对性的研究与开发，并成功获得具有特色的系统知识产权，为我国在这一领域技术的进一步发展开拓出空间。
有机TFT技术已经发展到产业技术攻关阶段，真正实现产业化还有一段路要走。专家表示，首先，有机TFT技术尚有不成熟之处。例如，还没有通过中试实验，生产线设计需要基础数据支持。这也需要有兴趣的企业把目光看得更长远些，早一些投入。其次，有机TFT技术与现有TFT技术所用的材料有很大的差异，需要建设有市场竞争力的材料供应链。第三，有机TFT技术是新技术，如何与现有TFT技术之间平衡发展不可避免地会出现理解上的差异。技术发展是一个长期的任务，不能简单化，要有耐心，要客观对待，面向发展给予多方面的持续支持。
a-Si TFT与OTFT工艺与材料比较
（来源：中国电子报）
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