MicroFab Inkjet喷墨打印技术赋能SCALE工艺精筑高精度肖特基二极管

2025-09-23 13:50 睿度光电RUIDU

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美国明尼苏达大学C.D. Frisbie教授团队使用MicroFab Inkjet喷墨打印技术赋能自对准毛细管辅助光刻（SCALE）工艺，成功在柔性基板上制备高精度肖特基二极管，通过精密调控毛细通道与储液槽结构，实现在0.16mm²的有源区面积上可再现地表现出高整流比（4.0×10⁴）和薄（<300nm）的有源层。研究制备的高精度肖特基二极管可以集成到完整的电子电路中（例如整流器、RFID标签、传感器等），充分验证了喷墨打印技术在高精度功能材料沉积中的核心技术优势。

关键词：喷墨打印、自对准毛细管辅助光刻（SCALE）、肖特基二极管、电子电路、功能材料沉积

▶技术优势：使用MicroFab Inkjet喷墨打印技术通过80μm喷头精确控制墨滴工艺参数，调控控制沉积的功能层厚度和均匀性（液滴直径40μm，控制喷射液滴的数量来研究沉积体积的影响，使体积在11至32 nL之间），在受控的干燥条件下获得了厚度为300nm的半导体层。
▶工艺创新：SCALE将紫外线（UV）微压印与喷墨打印相结合，为在柔性基板上生产电子设备提供了一种与R2R兼容的工艺，SCALE过程直接解决了传统喷墨打印方法的分辨率和层上配准问题。
▶性能优异：使用台面设计的SCALE所制备的肖特基二极管也表现出优异的整流能力，表现出**的滞后和约0.3 V的低导通电压，在±1 V下实现了高达4.0×10⁴的整流比，二极管的平均整流比为10^4.2^±0.36，具有优异的可重复性。
▲图1：使用SCALE台面设计制造有机肖特基二极管的概述，（a）（顶部）压印基材的等距视图和（底部）沿虚线的相应横截面示意图，详细说明了设计的关键结构特征；（b）Ag印刷以形成底部接触和顶部接触的一部分；（c）在台面和内环内进行P3HT喷墨打印；（d）（顶部）PEDOT:PSS喷墨打印，以完成完成二极管的顶部接触和（底部）示意性横截面；（e）从演示整流的台面二极管获得的典型测量电流与施加电压曲线。
▲图2：溶液干燥过程示意图及二极管电流-电压（I-V）曲线

本研究开发了一种基于MicroFab Inkjet喷墨打印技术的高精度肖特基二极管制备新工艺SCALE，开发了一种新的二极管设计，该设计结合了台面结构，以减轻顶部和底部触点之间短路引起的故障，通过MicroFab Inkjet喷墨打印技术对溶液的精准控制，验证了液滴大小及体积、干燥温度等工艺参数对制造溶液加工电子器件的影响和重要性。最终在0.16mm²的有源区面积上成功制备了可再现地表现出高整流比（4.0×10⁴）和薄（<300nm）有源层的肖特基二极管，可以集成到完整的电子电路中（例如整流器、RFID标签、传感器等），充分验证了喷墨打印技术在高精度功能材料沉积中的核心技术优势。

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参考文献：

[1] Jonathan D. Nguyen, Satish Kumar, C. Daniel Frisbie,etc.Leveraging Process Fundamentals to Improve Semiconductor Thickness Control and Uniformity in Inkjet-Printed Schottky Diodes[J].ACS Applied Engineering Materials,2024,2:693-705.