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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AMOLED338

8.2.3 可延展OLED342

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RFID358

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