印刷电子技术是基于印刷原理的电子制造技术,即用印刷的方法来制造电子产品的生产工艺,它的特点在于可实现低成本、大面积构建柔性化电子器件,有利于满足电子产业降低成本、扩大市场的要求。印刷电子技术的研究获得了许多电子产业发达国家的广泛重视,据相关组织预测,世界印刷电子行业市场份额预计到2027年将达到3300亿美元,在液晶显示、太阳能电池和印刷射频识别标签(RFID)等领域将有着广泛的应用。在利用印刷方法生产电子产品的研究开发中,印刷薄膜晶体管器件是印刷电路的核心元件,其性能直接影响了印刷电子产品的质量。半导体功能油墨的印刷成膜是最关键的技术难点之一在很大程度上,半导体材料的固有性质决定了印刷薄膜晶体管器件的性能。与其他半导体材料相比,以碳纳米管为代表的线形材料,本身具有良好的电学特性,避免了结晶等复杂过程,半导体碳纳米管尺寸小、电学性能优异、物理和化学性质稳定、易实现溶液化,所组成的网络比较容易获得理想的半导体性能,是构建高性能可印刷薄膜晶体管器件最理想的半导体材料之-然而,这类线形材料所组成的电子油墨在印刷过程中所组成的网络具有随机性,大面积印刷产品上,不同部位的电学性能会有比较大的差异。基于印刷线形材料的电子器件性能也因此具有比较大的不均匀性,在特定条件下结构完全相同的器件甚至会有超过10倍的性能差距。针对印刷线形材料不均匀性的学术和工艺研究难题始终没有得到根本解决。而线形材料的有序化排列通常实现的条件相对苛刻,如高电场、高磁场等,很难大规模推广应用,目前产业界的研究开发多集中在难度较小的金属材料印刷方面,学术界集中在寻找和合成新材料方面。对于产品性能至关重要的半导体材料电学性能均一性方面,国内尚无相关的研究,世界范围内该领域的研究报道也非常罕见。本论文将从器件设计、基底、电极、制备工艺、印前、印后处理等方面对影响电学性能均一性的可能因素进行全面系统的研究。具体包括研究电极厚度和电极沟道长度对碳纳米管成膜的影响、碳纳米管打印次数和印前、印后处理对其电学性能的影响、以及新型器件结构对器件性能一致性的提高作用。在电极厚度方面,利用喷墨打印(inkjet)设备和气流喷墨设备打印机对不同型号的墨水进行打印分析,对同型号墨水不同基底材料的研究,墨水的性能直接决定了电极的打印效果,墨水本身的物理性质如表面张力、粘度、挥发性等的不同,对设备的打印条件要求也是不一样的,打印出来的效果也不一样,除此之外,基底的表面能对所打印电极的成膜效果也都有直接的影响,基底的亲疏水性能对墨水的成膜性能影响也很大,印前对器件进行清洗及表面等离子体疏水性处理,可以使打印出来的墨水成膜更均一,喷墨打印(inkjet)设备打印TEC-IJ-060型号的银墨水在PET柔性衬底上最薄的电极厚度至少为350纳米厚,气流喷印设备打印北印中源的银墨水,最薄的电极厚度为500纳米厚。根据CNT的特性,对打印的薄层电极与厚层电极进行比较研究,薄层电极能显著提高器件的均一性能。印刷用的CNT需要经过分散、分离等操作,平均长度会因为这些操作而大幅降低,通常印刷用CNT的长度小于500纳米,在目前的工艺条件下,还无法做出这么微小的沟道宽度,一般情况下,银电极的沟道长度是CNT长度的十倍以上,根据CNT的特性,所做的所有器件的沟道的宽度都太长了,对CNT在电极之间的搭连构成影响,使CNT在电极之间的搭连产生很大的影响,因此对器件的均一性能也有很大的影响。CNT的器件采用多点采样的原理,提出一种新型器件结构,增加插指数量,扩大与CNT相接触电极的分布范围,降低CNT接触的不确定性,以抑制印刷CNT分布不均匀而导致的性能波动,抵消器件中因CNT分布不均而引起的性能变化,达到提高产品电学性能均匀性的目的。这种多交插指数结构的电极对器件电性能的均一性有显著提高,实现印刷线形材料薄膜在电学性能均一性上的大幅提升,为促进电子产品的印刷法产业化奠定坚实的基础。