柔性电子制造 材料、器件与工艺PDF电子书下载

第1章 柔性电子技术概述 1

1.1 引言 1

1.2 柔性电子的发展历程 5

1.3 柔性电子器件基本结构 7

1.3.1 电子元件 8

1.3.2 柔性基板 9

1.3.3 互联导体 10

1.3.4 密封层 11

1.4 柔性电子制造关键技术 12

1.4.1 多功能电子材料 12

1.4.2 低成本制造工艺 13

1.4.3 电子器件可靠性 15

1.5 柔性电子制造的挑战 17

参考文献 18

第2章 柔性电子的功能材料 22

2.1 柔性电子的材料要求 22

2.2 材料的选择与制备 24

2.3 柔性电子绝缘材料 28

2.3.1 绝缘性 29

2.3.2 介电性 30

2.3.3 电击穿 32

2.3.4 电场极化 33

2.4 柔性电子半导体材料 34

2.4.1 硅半导体 35

2.4.2 金属氧化物半导体 36

2.4.3 有机聚合物半导体 39

2.5 柔性电子导体材料 43

2.5.1 金属导体 43

2.5.2 聚合物导体 44

2.5.3 纳米材料导体 50

2.6 柔性电子基板材料 52

2.7 电致发光材料 56

2.8 光伏材料 58

2.8.1 光伏发电原理 58

2.8.2 电子给体材料与受体材料 59

2.8.3 光伏器件结构 63

参考文献 67

第3章 柔性功能器件 76

3.1 薄膜晶体管 76

3.1.1 晶体管结构形式 78

3.1.2 晶体管工作原理 83

3.1.3 有机／无机晶体管 89

3.1.4 晶体管性能表征 93

3.2 柔性传感器 99

3.2.1 半导体传感器 101

3.2.2 应变式传感器 107

3.2.3 光传感器 109

3.2.4 物理化学传感器 113

3.2.5 电容传感器 114

3.2.6 压电传感器 119

3.3 柔性太阳能电池 121

3.3.1 肖特基型太阳能电池 121

3.3.2 pn异质结太阳能电池 122

3.3.3 染料敏化太阳能电池 124

3.3.4 有机／聚合物电池 126

参考文献 129

第4章 柔性电子多层膜结构力学与表征 134

4.1 引言 134

4.2 薄膜-基板结构 134

4.2.1 膜-基结构概述 134

4.2.2 薄膜应力来源 135

4.2.3 大变形结构设计 138

4.3 膜-基结构失效模式 140

4.3.1 膜-基结构断裂机理 140

4.3.2 膜-基结构裂纹扩展 144

4.3.3 膜-基结构分层行为 145

4.3.4 膜-基结构竞争断裂行为 146

4.4 膜-基结构弯曲 147

4.4.1 薄膜弯曲 147

4.4.2 膜-基结构的弯曲 148

4.4.3 薄膜边缘的应力集中 150

4.5 膜-基结构屈曲 151

4.5.1 屈曲基本理论 151

4.5.2 膜-基结构的单向屈曲 152

4.5.3 膜-基结构的双向屈曲 155

4.5.4 膜-基结构后屈曲分析 157

4.5.5 薄膜几何尺寸对膜-基结构屈曲的影响 159

4.5.6 膜-基结构可控屈曲 163

4.5.7 膜-基界面结合缺陷诱导屈曲 164

4.6 膜-基结构机械性能测量与表征 166

4.6.1 X射线衍射法表征残余应力 166

4.6.2 微拉曼光谱散射测残余应力 168

4.6.3 拉伸法表征膜-基界面机械性能 169

4.6.4 划痕法表征膜-基界面机械性能 170

4.6.5 压痕法表征薄膜机械性能 171

4.6.6 弯曲测试法表征薄膜机械性能 174

4.6.7 剪切法表征膜-基界面机械性能 176

4.6.8 屈曲测试法表征薄膜机械性能 177

参考文献 179

第5章 薄膜沉积与器件封装 184

5.1 引言 184

5.2 物理气相沉积 185

5.2.1 常规物理气相沉积 185

5.2.2 离子镀 188

5.3 化学气相沉积 190

5.3.1 热激活化学气相沉积 192

5.3.2 等离子体增强化学气相沉积 193

5.3.3 金属有机化合物化学气相沉积 194

5.3.4 光辅助化学气相沉积 195

5.3.5 分子束外延生长工艺 196

5.4 原子层沉积 197

5.5 薄膜封装 200

5.5.1 柔性电子器件封装要求 200

5.5.2 柔性电子器件失效原因 205

5.5.3 薄膜封装工艺 206

5.5.4 薄膜封装中的干燥剂集成 215

5.6 薄膜阻隔性能检测 216

5.6.1 湿度传感器法 216

5.6.2 称重法 217

5.6.3 钙测试法 218

5.6.4 质谱法测量 220

5.6.5 氧等离子体 221

参考文献 221

第6章 微纳图案化工艺 227

6.1 引言 227

6.2 光刻工艺 228

6.3 印刷工艺 230

6.4 软刻蚀工艺 232

6.4.1 弹性软图章制备 233

6.4.2 微接触印刷工艺 234

6.4.3 转移印刷工艺 236

6.5 纳米蘸笔直写工艺 239

6.5.1 工艺原理 239

6.5.2 热蘸笔直写工艺 242

6.5.3 电镀蘸笔直写工艺 243

6.5.4 纳米自来水笔直写工艺 244

6.5.5 DPN技术的阵列化 245

6.6 纳米压印工艺 247

6.6.1 纳米压印工艺机理 249

6.6.2 热压印工艺 252

6.6.3 紫外压印工艺 255

6.7 激光直写技术 256

6.8 喷墨打印工艺 259

6.8.1 传统喷墨打印工艺 260

6.8.2 电流体动力喷印工艺 262

参考文献 270

第7章 卷到卷制造技术 279

7.1 R2R制造工艺概况 279

7.1.1 R2R制造的优势与挑战 279

7.1.2 典型R2R系统组成 281

7.2 R2R制造对器件性能的影响 285

7.2.1 R2R工艺对几何参数的影响 286

7.2.2 R2R对器件电参数性能的影响 289

7.2.3 R2R 工艺对器件可靠性的影响 291

7.3 R2R系统张力控制 293

7.3.1 基板张力波动机理 293

7.3.2 R2R基板张力波动控制 300

7.3.3 基板张力分布控制 303

7.4 R2R系统纠偏控制 305

7.4.1 基板横向动力学建模 305

7.4.2 R2R基板纠偏装置 309

7.4.3 纠偏控制方法 312

7.5 R2R集成制造系统 314

7.5.1 R2R薄膜沉积系统 314

7.5.2 R2R印刷制造工艺 316

7.5.3 R2R与纳米压印／微接触印刷 320

7.5.4 R2R流体自组装 324

参考文献 325

第8章 柔性电子应用 332

8.1 概述 332

8.2 柔性显示 333

8.2.1 电子纸 334

8.2.2 柔性AMOLED 338

8.2.3 可延展OLED 342

8.3 柔性能源 345

8.3.1 柔性薄膜太阳电池 346

8.3.2 智能服装 350

8.3.3 可延展电池 351

8.4 柔性通信 358

8.4.1 柔性RFID 358

8.4.2 可延展流体天线／导体 359

8.4.3 柔性通信雷达 363

8.5 柔性传感 365

8.5.1 人造电子皮肤 365

8.5.2 柔性光电传感器 368

8.5.3 柔性驱动 372

8.6 柔性医疗 374

8.6.1 柔性智能服饰 375

8.6.2 柔性植入式器件 377

8.6.3 表皮电子 378

参考文献 381

附录 中英文对照表 387

索引 394