课题来源于广东省科技计划项目，专题名称为“透明电极与高导互联材料”，专题编号为20140915，项目名称为“可印刷高导互联显示用材料制备与关键技术研究”。课题申报单位华南理工大学依托发光材料与器件国家重点实验室，面积超过2万平米，拥有仪器资产总值超过1.5亿元；在发光材料、器件和显示等方面取得了具有国际领先水平的研究成果，是我国印刷显示材料与工艺最核心的研究单位之一。参与单位广东风华高新科技股份有限公司是中国电子元件百强企业和全国首批创新型企业，有为平板电视等配套的大规模生产能力，其中电子浆料等材料产能达1万吨/年。参与单位华南师范大学具有光电子材料与器件的完整研发平台，设备总资产达6000多万元。参与单位广州新视界光电科技有限公司是从事显示器件开发的高新技术企业。 真空电子器件边际效益逐年递减，主要工业国家开始新型显示产业布局，促进了低成本印刷显示的发展。可印刷高导互联技术是实现印刷显示系统的关键环节，但高性能可印刷纳米材料被国外公司垄断，售价高昂；此外，高性能、高可靠的电极印刷图形化面临挑战。项目从高导互连材料、薄膜及器件制备技术出发：

    （1）采用梯温与混合烧结技术，结合共溶剂墨水体系的微流体特征，精确调控液相薄膜固化过程中的流场与“溶解-凝胶”转变过程，削弱“咖啡环”效应，实现了高导互连层厚度、形状和横截面的有效控制，低温（< 150 ℃）下获得高结合强度（≥ 4B）、低粗糙度（8.9 nm）和低电阻率（2.39 μΩ•cm）的银电极薄膜；

    （2）实现了高性能印刷银电极a-IGZO薄膜晶体管制备，接触电阻低至81.8 Ω·m，器件迁移率8.73 cm2V-1s-1，开关比10E7。

    在技术创造性和先进性方面：

    （1）控制反应动力学，驱使粉体晶核形成和均匀长大获得所需粒径大小的银粉，重点解决了其配方材料选择、表面改性、保证小试到产业化的可操作性、质量稳定性等难题，采用化学液相法研制了具有自主知识产权的纳米银粉，相对于国内外相关产品而言，其生产设备较简单，反应条件为常温常压，易于实现，产品有一定系列化；

    （2）高性能导电银墨水配制过程复杂，要求精准工艺控制，产品一致性实现过程困难，由于要满足其可印刷特性，溶质粒径须在纳米级别，比表面积大，容易发生团聚，固含量难以提升，会直接影响互联层导电性，项目克服了超细纳米银颗粒（≤50 nm）的易团聚难点，获得高固含量银墨水（≥30 %），打破了国外在高端电子材料领域的技术壁垒；此外，由于印刷薄膜沉积态为液相，其高性能的实现不仅与墨水本身的物化特性有关，还受限于薄膜表面的蒸发均匀性，尤其当前相关机制尚不完全清楚，即便是国外的先进产品也不能完全满足高质量互联层的制备需求。项目通过多液滴融合动力学，以及“溶胶-凝胶”转变过程的精准控制，针对性地进行高性能导电墨水的开发，实现了高均匀、高精度的电极制备；

    （3）开展了印刷银电极在金属氧化物薄膜晶体管中的应用研究，在电极图形化方面，研究了新型微液滴释放技术，结合不同线宽印刷线的多段拼接技术，实现了12.5 μm线宽精细互连导线制备，提出间隙缺陷生长法，利用微液滴强蒸发效应引起的融合延迟现象，在未经表面修饰的玻璃基板上获得2.4 μm短沟道银电极，并通过“干燥微环境”实现其自对准长度的连续可调；此外，探讨了金属-半导体界面接触特性和载流子传输机理，热诱导纳米颗粒破除自身碳包覆，并调节流场实现界面金属质与有机质的优化分布，所获器件性能指标处于国际先进水准。

     目前，纳米银粉的技术成熟度为TRL9，拥有自主知识产权，产品性能良好，已在下游银浆厂商得到推广应用，完全能代替同类进口产品，不足之处在于生产设备的自动化程度待进一步提高；电极浆料的技术成熟度为TRL8，可实现片式叠层电感器用点浆批量生产，此前该类产品由日本Noritake公司控制全球供应渠道，相比较而言，项目产品拥有更出色的可印刷性；金属氧化物薄膜晶体管电极印刷图形化的技术成熟度为TRL7，当前显示器件中电极高精度图形化印刷技术研究刚刚起步，一般用于低端应用，在高端电子器件应用方面存在进一步研究的空间。综上，项目发展了可印刷高导互联关键材料设计新思路，通过创新的工艺设计，提高了图形化电极性能，并实现了高导互联器件与阵列制备，建立了其材料设计相关基础，部分技术已实现产业化。