有机薄膜晶体管(Organic Thin Film Transistor,OTFT)工艺因为具有良好的可挠性、容易实现大面积制备、制作工艺成本低等优势,在目前十几年一直是学术界研究的方向之一。射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)技术,因为可...
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有机薄膜晶体管(Organic Thin Film Transistor,OTFT)工艺因为具有良好的可挠性、容易实现大面积制备、制作工艺成本低等优势,在目前十几年一直是学术界研究的方向之一。射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)技术,因为可以通过调制解调与传播电磁波来实现对标记物体非接触式自动识别,现在己成熟应用于物联网领域,但传统的硅基集成电路存在厚度、柔韧性和封装成本等问题,人们不得不思考更好的解决方案,而薄膜晶体管可以实现制作电路轻薄,降低总体集成成本,逐渐成为业界热点,而基于有机薄膜晶体管制备的射频识别标签更是其中讨论的热点方向。首先,本文概述了薄膜晶体管的发展历史,对比了非晶硅薄膜晶体管、多晶硅薄膜晶体管、氧化物薄膜晶体管和有机薄膜晶体管各类晶体管的特点。然后针对射频识别系统的体系结构进行简单介绍,并指出有机薄膜晶体管在射频识别系统中的RFID标签电路上具有一定的应用前景。其次,介绍了薄膜晶体管顶栅接触、底栅底接触和底栅顶接触的器件结构,同时展示了有机薄膜晶体管的工艺制备过程,并根据实验室条件选择顶栅结构有机薄膜晶体管器件作为本文实现电路的基础器件。然后,针对已有的有机薄膜晶体管器件进行了电学测量,提取阈值电压、迁移率和电流开关比等参数,拟合出可用于电路仿真的SPICE模型。然后,分析了基于P型薄膜晶体管的耗尽型反相器、二极管连接反相器和伪CMOS反相器的电路结构的优劣,针对耗尽型有机薄膜晶体管器件阂值电压偏大的特点,选择了适用于强耗尽型TFT的反相器结构,并对反相器进行SPICE仿真验证。同时利用模块化的方法,设计了 RFID标签中的基本单元,包括基本逻辑门电路、环形振荡器、D触发器、计数器、译码器和ROM存储器,并对各个单元电路分别进行了功能仿真和性能验证。通过组合上述基本单元得到由195个有机薄膜晶体管组成的RFID标签电路,并根据工艺条件绘制了单面积为7.3mm X 4.6mm的RFID标签电路版图。最终制定了测试方案,并针对实验室特有的工艺流程特点,采用模块化版图设计把各部分掩膜组合成测试单元阵列。制作了 4英寸有效面积的掩膜版交由实验室工艺流片。最后,对工艺流片后的电路进行了测试,对新制备的有机薄膜晶体管器件进行表征分析,发现新制作的有机薄膜晶体管阂值电压达到15V左右,与原有模型存在较大的阈值电压漂移。其后,对环形振荡器进行了功能验证,展示了五阶环形振荡器在30V电源电压下的输出结果。并根据有机薄膜晶体管的新特性改进了测试方案,使原有3-8译码器及ROM存储器设计可以满足读取8比特ROM存储器内预置的存储信息的设计目的。
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