独立行政机构国立产业技术综合研究所[会长野间口裕]（以下简称“AIST”）柔性电子研究中心[研究中心主任 Toshihide Kamata] 研究中心副主任 Tatsuo Hasekawa、柔性有机半导体团队首席研究员 Juichi Yamada、以及电子与光子技术研究部[研究部部长Satoshi Haraichi]开发了一种高度防水的表面，可强烈排斥液体有机高分子半导体我们开发了一种技术，可以应用溶液并在不损失材料的情况下形成均匀的薄膜。通过这种应用技术，电子纸薄膜晶体管(TFT) 的生产比传统方法容易得多。
高防水半导体薄膜栅极绝缘膜通过在表面形成TFT来提高TFT性能的稳定性，但通过传统的涂布方法，由于表面强烈排斥液体，因此难以成膜。这次，我们使用含有有机聚合物半导体的溶液创建了三层结构。硅胶我们开发了一种新技术（推涂法），通过用橡皮印章施加压力并将溶液均匀地分布在整个高防水表面上来形成薄膜。该技术使得能够在极其防水的表面上获得具有优异均匀性和结晶度的半导体薄膜，并且与传统的涂覆方法不同，它可以将材料浪费减少到几乎为零。这种半导体薄膜结晶性的改善通过高能加速器研究机构（所长：铃木敦人）（以下简称“KEK”）的同步加速器辐射装置得到了证实。新开发的技术有望大大加速柔性器件的研发，也有望作为液体难以粘附表面的新型薄膜涂层技术应用于各种材料的薄膜技术。
该结果详情请参阅英国学术期刊自然通讯
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| 使用推涂法的成膜工艺（左）和形成的高分子半导体薄膜（右） |
将溶解的材料的溶液涂布到基板表面以形成薄膜的涂布法作为不需要真空的简单的成膜技术被广泛使用。特别地，近年来，通过使用应用这些方法的涂布法或印刷法形成半导体或金属的膜来制造电子装置的印刷电子技术已经引起了广泛的关注。印刷电子技术在制造电子纸、片状传感器等大面积电子器件时不需要大型真空设备，而且还使用柔性片材。滚动
为了利用涂布法形成半导体薄膜，首要要求是能够将半导体溶液均匀地铺展在衬底表面上。另一方面，通过使用具有强排斥液体的绝缘膜表面的基板，可以极大地稳定TFT性能。然而，传统的涂覆方法由于高憎水表面对溶液的排斥力很强，不可避免地造成大量材料的浪费以及无法获得均匀的薄膜等问题。解决“强烈排斥液体的均匀润湿表面”这一看似矛盾的问题一直是印刷电子技术的主要挑战。
AIST 正在进行广泛的研究和开发，旨在实现印刷电子产品。作为这项工作的一部分，我们一直在开发一种新的涂层技术，可用于在高度防水的表面上形成薄膜，针对适合涂层方法的聚合物半导体。称为典型的涂覆方法旋涂法在高度憎水的表面上会损失大部分材料，其利用效率极低。另外，铸造方法和类似的技术一样，很难将溶液润湿并铺展在高度防水的表面上以获得大面积、均匀的薄膜。因此，AIST正在开发一种使用推涂法的成膜方法，其中将具有不同物理特性的三层结构的硅橡胶印模压接到绝缘膜的表面，并将少量溶液铺展在印模和绝缘膜之间以形成膜。这项研究的一部分是在日本科学技术振兴机构战略创新促进计划的研发项目“使用新型高性能聚合物半导体材料和印刷工艺开发基于AM-TFT的柔性显示器”下进行的，并得到了日本学术振兴会通过科学技术政策委员会（内阁办公室）设计的尖端研发支持计划“强相关量子科学”的支持。
图1显示了使用新开发的推涂法的成膜过程的概念图。作为适用于推涂法的印章，在表面层PDMS层（两侧），阻止溶剂渗透的夹层氟硅胶我们设计并制造了一种由橡胶层组成的三层结构的产品。该印模具有较高的表面平整度（平均粗糙度为120至136 nm），由于溶剂吸收而产生的变形较小，并且可以缓慢吸收溶剂并将其保留在表面附近。成膜过程包括三个步骤：（1）通过压制印模形成聚合物半导体溶液层，（2）印模吸收溶剂并随后薄膜生长，以及（3）将印模从薄膜上剥离。
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| 图1采用推涂法的成膜过程概念图 |
硅烷偶联剂大大提高了防水性。水接触角110度）上沉积的典型聚合物半导体（聚3-己基噻吩，P3HT）的薄膜。 01重量%聚合物半导体溶液（溶剂为三氯苯)仅使用约350μL，就能够形成膜厚约50nm、面积约10cm见方的薄膜。
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图2 采用推涂法在高防水基材上制备的P3HT薄膜
右上：基材表面的水接触角 |
采用推涂法的新开发的成膜工艺的特点是可以在各种条件（温度、时间、溶剂类型等）下形成，并且即使在高度防水（低表面能）表面或经过长时间的薄膜生长过程后也可以完全去除印模。这些都是通过新设计和制造的三层印章实现的。该印模在几分钟内缓慢吸收溶剂，并在成膜过程中将溶剂保留在表面层内。由于印模表面保持在“半湿”状态，印模与薄膜之间的粘附力始终弱于基材与薄膜之间的粘附力，并且可以去除印模，同时将薄膜完全留在基材表面上。另外，剥离后，印模中的溶剂逐渐释放，印模可以重复使用。
采用推涂法的成膜工艺可以在任何平坦表面上成膜，因此可以应用多种图案化方法。图 3 显示了使用推涂方法进行简单薄膜图案化的示例。首先，使用推涂法在硅橡胶板上形成半导体膜。反向打印方法进行图案化后，将其转印至高疏水性栅极绝缘膜表面。 200ppi的图案成立了。
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| 图3推涂法成膜后的反转印刷图案 |
此外，通过使用可对成膜条件进行大范围控制的推涂法，可以极大地提高聚合物半导体薄膜的结晶度。为了评估聚合物薄膜的结晶度，同步加速器辐射X射线衍射使用了测量。图 4 显示了在成膜过程中在几种不同温度下制造的聚合物半导体薄膜的 X 射线衍射强度分布的彩色图（虚线表示最大强度的一半）。随着成膜时的温度升高，衍射峰的线宽沿2θ方向逐渐变窄。该结果意味着当在高温下形成膜时，聚合物链之间的取向有序度(结晶度)增加。衍射强度分布分析表明，室温旋涂薄膜的分子层间距在164~169 nm之间变化，而高温推涂薄膜的分子层间距均匀为164 nm。这些结果表明，推涂法可以优化成膜工艺条件，在获得具有优异均匀性和结晶度的薄膜方面比其他涂布方法更有优势。
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| 图4 每个薄膜的X射线衍射反射的轮廓轮廓 |
此外，使用这些膜底栅/底接触结构的 TFT是捏造的。使用推涂薄膜的 TFT载体移动性高达 047 厘米2/Vs，与使用旋涂膜的TFT相比，特性提高了约10倍。
使用推涂法的成膜工艺在生产平坦薄膜方面比旋涂法具有以下优点，因此有望发展为通用性高的薄膜制造技术。
- 使用高防水性基材和高沸点溶剂可以成膜。用于控制润湿性表面活性剂
- 可以使用所需的最少量的溶液来形成薄膜。不存在因溶液被排斥而造成的材料浪费，利用效率极高。
- 处理温度、时间、膜厚、成膜面积等可自由设定。
未来我们将进一步优化印刷条件、高分子半导体材料和器件结构，以提高TFT的性能和稳定性。此外，结合金属配线、电极等印刷法的制造技术，实现高性能化。有源背板的原型