柔性电子产品制备的涂布技术

20世纪40年代末，全固态电子器件问世，即两个金属电极之间的电子流被一个小的电位控制在第三个电极上（通常称为控制电极或栅极电极），构成晶体管或场效应晶体管（FET）。

对于大面积、柔性电子应用产品来说，硅技术有局限性。一方面，使用硅的大面积电子设备不具有成本效益，事实上，在高性能硅电子器件的制造过程中，没有适合大面积器件（米到公里）的制造技术；另一方面，由于它的共价键性质，硅的带传输在默认情况下的方向性很强，这导致了其迁移率只有0.5～1cm2V-1s-1。其次，共价硅的力学性能也不允许它制备“柔性电子器件”的特性。20世纪70年代末发现了导电聚合物后，有机材料的柔性和可伸展性，使得“柔性”或“可打印”的电子产品成为可能。但是，有机材料的电子传输特性、速度、环境和电学稳定性，还与无机半导体存在明显差距。因此，开发新的无机材料或方法，使硅技术与柔性印刷电子产品制备兼容，成了产业界广泛追求的目标之一。

多数情况下，印刷的电子电路需要足够的柔性，图1-2是目前主流的溶液处理和涂布/印刷技术。

图1-2　不同的溶液加工与涂布/印刷技术

（a）自旋涂层；（b）喷涂；（c）化学浴沉积；（d）喷墨打印；（e）气溶胶喷雾印刷；（f）电流体喷射打印；（g）凹版印刷；（h）丝网印刷

旋涂、浸涂、化学浴沉积以及刮棒涂布等方法，通常用于覆盖整个或大部分的基底，这些方法不大可能实现亚毫米级别的高分辨率结构。

①旋涂：旋涂可以在不同的基底上获得均匀的薄膜。

②浸涂：浸涂是一种低成本的涂布方式，是将底物浸入到涂布液中，然后再以可控的垂直速度取出，它比旋涂层更能有效地覆盖不规则和复杂的结构。有人通过增加浸涂次数来增加ZnO薄膜的厚度，使得其迁移率提高。(www.xing528.com)

③喷涂：喷涂工艺主要用于非平面结构的涂层制备，如台阶、沟槽、半导体芯片等。此时，喷雾器从低黏性涂布液中产生细小的液滴，然后通过载体气体将其带入涂布室，由于重力和静电场的综合作用，带电的液滴被引导并最终沉积在电接地的底物上。涂布量取决于液滴的大小，随着溶液黏度的降低而下降。

④化学浴沉积：化学浴沉积（CBD）首先在前驱体溶液中浸泡底物，然后进行非均相表面反应。CBD过程简单，成膜优质、稳定、均一、致密，是一种大面积的批量加工或薄膜的连续沉积的可能工艺。

化学浴沉积可以制备全透明的电子产品。通过改变底物的表面性能，定位点生长ZnO薄膜，进行结构化的沉积。在制备ZnO晶体管，并研究不同pH值和沉积温度的影响时，发现浴液温度从50℃上升到70℃，可以避免在浴槽内形成沉淀，从而使迁移率值从0.2增加到1.6cm2 V-1 s-1。

⑤刮棒涂布：是一种生产高品质超薄薄膜的工艺。能涂布非常薄的（几纳米厚）的薄膜。各种因素如溶液流变性、表面张力、拉拔率等，都可能影响薄膜的均匀性和厚度（如膜厚度随拉拔率的增加而增加）。有人比较了旋涂和棒涂氧化铝介电薄膜的铟-镓-氧化锌-氧化锌（IGZO）半导体通道FETs的性能，发现后者表现出了优异的电性能。例如，刮棒涂布的开态电压为0V，而在旋涂的TFTs上则是-1V。有报告称，刮棒涂布层是一种可以作为大规模制备，制备的介电层具有平滑的表面拓扑结构和很高的区域电容（0.33～0.53μF cm-2）。

⑥微凹版辊涂布：这是一种自计量方式的涂布工艺。微凹版辊与普通凹版辊涂布工艺的最大区别就在于“微”。普通凹版辊的直径为125～250mm，而微凹版涂布辊的直径为20～50mm（个别为60mm），根据不同涂幅宽度分别为20mm（涂布宽幅为300mm）和50mm（涂布宽幅为1600mm）。

表1-3比较了部分涂布方式和涂布液特性。

表1-3　涂布方式与涂布液特性对比