新式印刷電路可望投入主流商用化市場

在經歷多次挫折后，薄膜電晶體(TFT)電路開發(fā)人員近日聲稱取得了重大的突破，并表示將在不久后就可使該技術投入市場。如果成功的話，這種新技術將可實現(xiàn)極具前景且低成本的電子報紙、顯示器、標簽、RFID標簽、感測器、智慧卡，甚至是可編程的壁紙。  

但這次的主張聲明會真的實現(xiàn)嗎，抑或只是噱頭罷了？  

多年來，支持者們一直宣稱薄膜電晶體電路，以及更廣泛的印刷或塑料電子等，將會是基于晶圓的晶片之下一代產品。該技術能夠使用噴墨涂布和聚合物油墨在系統(tǒng)、顯示器或其他任何物體表面印制出便宜、低密度的晶片。因此，這種技術能使IC晶片更加普及，并催生出許多新興應用。  

盡管過去幾年來已針對該技術的研發(fā)投入了上百萬美元的資金，但包括英特爾(Intel)等許多公司至今都未能實現(xiàn)薄膜電晶體電路的商用化生產。雖然這些電晶體能在實驗室中正常運作，但至今還沒有任何一家公司可針對商用市場“銷售任何產品”，諮詢公司IDTechEx主席Peter Harrop表示。  

在日前舉行的‘美國印刷電子會議’(Printed Electronics USA)上，3T Technologies、Kovio、Orfid、PolyIC、意法半導體(ST)等薄膜電子和其他相關公司們均針對范圍廣泛的應用場合詳述印刷電子的各種用途。供應商們宣稱他們已經解決了與該技術相關的許多問題，包括電晶體性能不足、遷移率不佳以及聚合物材料的整合問題。  

目前已有超過150家廠商分別以各種不同的形式爭相開發(fā)該技術。許多公司正積極爭取其于薄膜電晶體和記憶體市場的佔有率，根據(jù)IDTechEx的預測，該市場將從目前近乎于零的成長率攀升到2009年約有4,000萬美元，而到2017年可望達到80億美元。  

在廣泛的印刷電子市場中，薄膜電晶體電路領域是相當具有前景的技術之一。印刷(或塑料)電子是一種廣義的用語，它代表了透過噴墨印表機或類似方式在系統(tǒng)上沉積簡單電子電路的方式。  

IDTechEx認為，廣泛的印刷電子市場還包括了導電墨水、電泳顯示器、OLED、薄膜光電，以及電晶體電路與記憶體。整體而言，IDTechEx預測，包括有機、無機和化合物的整個印刷電子市場預計將從2007年的18億美元成長到2017年的481.8億美元。  

IDTechEx公司指出，其中，成長最快的市場領域是薄膜電晶體和記憶體。與傳統(tǒng)硅晶不同的是，薄膜電晶體電路并不使用結晶或非晶硅，而是以基于有機或無機化合物的薄膜產品來實現(xiàn)可撓性電路。  

“這些電晶體是實現(xiàn)一個巨大新興市場的關鍵，而這是採用硅晶片所永遠難以達到的?！盚arrop在最近的一份報告中提道?！靶率诫娋w可沉積在低成本的可撓性基板、鋁或不銹鋼箔片上。目前，它們的體積要比現(xiàn)有的硅晶電晶體更大得多，但它們的成本只有幾百分之一，而且更輕且薄?！?nbsp; 

但薄膜電晶體也有一些缺點。例如電晶體的速度仍受限在數(shù)十兆赫頻率范圍內。在德國Fraunhofer學院所發(fā)表一篇有關實體測量技術的論文中指出：“有機薄膜電晶體的可靠性和穩(wěn)定性是目前最大的問題。一些還未能被完全理解的典型問題是遷移率經常被減弱，而電晶體的閾值電壓和次閾值范圍也對環(huán)境條件非常敏感?！?nbsp; 

基于上述各種理由，開發(fā)人員始終未能實現(xiàn)該技術的商用化。例如在2001年，新創(chuàng)企業(yè)FlexIC試圖在塑料基板上開發(fā)半導體，以用于平面顯示器和相關應用。但到了2005年底，這家獲英爾公司贊助部份資金的FlexIC公司只能關門歇業(yè)，并上網拍賣其資產。  

另一個運氣不佳的例子是1994年成立的Opticom公司。挪威的Opticom公司主要開發(fā)多層、非揮發(fā)性聚合物記憶體系統(tǒng)，該公司與英特爾在1999年時簽署了商用化聚合物記憶體技術的合作協(xié)定。但由于將聚合體材料導入硅晶代工廠環(huán)境后所產生的問題，使得英特爾在2005年時終止了此項合作關係。  

瑞典的Thin Film Electronics AB公司原是Opticom公司在瑞典的一個研究分支機構，自從2006年獨立后就一直從事低成本、全聚合非揮發(fā)性可復寫記憶體的生產。該公司并正研究RFID標簽、智慧型標簽和其他應用，完全放棄了其先前與英特爾合作所進行的一項基于硅晶的大規(guī)模通用記憶體研發(fā)工作。  

薄膜電晶體取代現(xiàn)有的半導體記憶體可能性并不大，Thin Film Electronics公司執(zhí)行董事Rolf Aberg表示?！暗鼘⒊蔀榘雽w技術的一種互補技術，將可開創(chuàng)出新興的應用領域?！?nbsp; 

例如，比利時的Cartamundi Group就計劃使用Thin Film Electronics公司的技術，以應用于其新一代獨立式游戲卡上的沉積記憶體電路，可讓用戶更方便透過網際網路玩線上游戲。  

Thin Film Electronics公司正裝配其制造基礎設備，以使其技術可投入市場。而就在不久前，比利時的Agfa和Thin Film Electronics公司也共同宣布將進一步強化材料性能，以實現(xiàn)印刷記憶體元件的大量生產。  

Thin Film Electronics公司最近還與南韓的InkTec公司簽署了合作協(xié)定，其合作重點在于最佳化InkTec公司的銀墨，以用在Thin Film Electronics公司的記憶體單元電極上。  

意法半導體最近也宣布開發(fā)出其獨立式薄膜電晶體電路系列的第一款產品。透過有效整合奈米印刷微影和噴墨列印技術，該公司成功地開發(fā)出一個4位元的算術邏輯單元、一個全加法器和一次性可編程元件，ST公司的研發(fā)專桉經理Luigi Occhipinti透露。  

Occhipinti坦承，在該技術投入量產前還有許多困難必須克服。除了電晶體性能不佳以外，他在近日舉行的會議演講中提到“n型有機材料欠缺穩(wěn)定性”。  

因此，薄膜電路的首款應用可能不是一項獨立式元件，而是蓬勃發(fā)展中的RFID領域產品。新創(chuàng)企業(yè)Kovio公司在此次會議上打破沉默，發(fā)佈了基于硅晶的薄膜電晶體技術──，一款低成本的RFID標簽。  

目前的RFID標籤單價約為每單元15美分。利用傳統(tǒng)的技術也“無法使單價低于10美分”，Kovio公司執(zhí)行長Amir Mashkoori表示。但Kovio公司的技術卻能使RFID標籤的成本在2008年投入量產后降至5美分，他說。最終的目標是將標籤單價降至每單元1美分。  

PolyIC GmbH&Co.KG公司在該大會上宣稱在此域上的發(fā)展已經超越過Kovio公司。PolyIC正開發(fā)的薄膜元件是採用相當先進的捲軸式製程所製造的。該公司力捧兩種有機晶片：一種是具有4位元記憶體的13.56MHz元件PolyID；另一種則是用于‘智慧型物件’的PolyLogo。  

第一款產品可望在年底前出樣，PolyIC公司應用部門負責人Wolfgang Clemens表示。他并未明示該公司RFID標籤的定價，但透露了其目標價格是趨近于“幾美分左右”。  

此外，該技術的另一個新興市場是顯示器。新興的Orfid宣稱該公司已經開始針對顯示器市場推出第一批元件。  

Orfid公司所開發(fā)的有機電子技術稱為‘垂直有機場效電晶體’(VOFET)。由于其架構以及使用其制造中的導電聚合物，VOFET可提供與傳統(tǒng)硅晶電晶體類似的性能，但生產成本卻可顯著降低，Orfid公司表示。  

另外一種新方法是由新創(chuàng)企業(yè)3T Technologies公司所開發(fā)的。3T Technologies正致力于開發(fā)通用元件平臺與製程，以應用透明的傳導氧化物材料，從而實現(xiàn)該公司所謂的‘透明薄膜技術’或‘不可見電路’。  

根據(jù)3T Technologies公司表示，“最初採用以氧化鋅材料為主的主動式透明半導體元件，使得元件的結構和制造方法能夠為透明邏輯電路和顯示畫素轉換提供一種基本的建構模組，可支援各種廣泛的顯示媒介。”  

圖說：根據(jù)IDTechEx公司預測，2027年的整體印刷電子市場規(guī)模可望達到3,303億美元。屆時，嵌入各種印刷電子的服飾即將出現(xiàn)。