《電子技術(shù)應(yīng)用》
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RFID的標(biāo)簽技術(shù):天線和芯片

2015-01-05
關(guān)鍵詞: RFID 天線 芯片 研究方向

    目前,RFID標(biāo)簽技術(shù)的進(jìn)展,主要集中在天線芯片的制造材料與印刷工藝方面,并成為印刷電子技術(shù)一個(gè)重要的研究方向。

  相比RFID標(biāo)簽制作的其他技術(shù),印制技術(shù)的誕生使RFID標(biāo)簽在低成本、高效率和環(huán)?;矫婢哂胁豢杀葦M的優(yōu)勢(shì),為其進(jìn)一步在民用領(lǐng)域發(fā)揮作用提供了極大的可能。

  制造材料的進(jìn)展

  1、天線材料

  主流RFID天線主要以銅和鋁為材料,分別通過(guò)線圈繞制和蝕刻工藝制作,產(chǎn)品在可靠性和使用壽命上具有很大優(yōu)勢(shì),因此占據(jù)了絕大部分市場(chǎng)。

  然而,隨著納米技術(shù)的興起,可直接印制RFID天線的納米油墨(采用導(dǎo)電材料制成)對(duì)現(xiàn)有材料提出了挑戰(zhàn)。根據(jù)IDtechEX(知名市場(chǎng)研究公司) 統(tǒng)計(jì),2012年全球?qū)щ娪湍加?8.6億美元的市場(chǎng),預(yù)計(jì)2018年導(dǎo)電油墨市場(chǎng)將達(dá)到33.6億美元,屆時(shí),納米銀導(dǎo)電油墨和納米銅導(dǎo)電油墨市場(chǎng)將 達(dá)到7.35億美元。

  不過(guò),納米導(dǎo)電油墨印制RFID天線技術(shù),目前仍面臨著油墨附著力、耐摩擦性、印刷均勻性、導(dǎo)電性與防氧化性需要改善等問(wèn)題。

 ?。?)納米銀導(dǎo)電油墨

  納米銀導(dǎo)電油墨具有優(yōu)異的導(dǎo)電性、防氧化性,加上其技術(shù)成熟度較高,是印制RFID天線的首選材料。

  華中科技大學(xué)相關(guān)研究組以次磷酸鈉為還原劑、六偏磷酸鈉為分散劑、PVP為保護(hù)劑,與硝酸銀溶液反應(yīng),制得紫紅色銀溶膠,加入pH調(diào)節(jié)劑,將銀溶膠 pH值調(diào)節(jié)至3,經(jīng)過(guò)濾、鈍化、洗滌等操作,在60℃溫度環(huán)境下真空干燥得到平均粒徑為30nm左右的納米銀粉,再加入到FA-406油墨中配置成導(dǎo)電油 墨,固化后,該導(dǎo)電油墨具有較好的柔韌性和耐濕熱性,且導(dǎo)電性高、印刷均勻性也好。

 ?。?)納米銅導(dǎo)電油墨

  納米銅導(dǎo)電油墨雖然導(dǎo)電性比納米銀導(dǎo)電油墨稍差,但價(jià)格具有很大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì),近年來(lái)開(kāi)始成為研究熱點(diǎn)。不過(guò),銅的化學(xué)性質(zhì)活潑,這使得如何避免納米銅顆粒在合成與應(yīng)用中氧化成為一大難點(diǎn)。

  有公司在有機(jī)溶劑乙二醇中采用還原法,成功制備了直徑為30~50nm的球形納米銅,且無(wú)其他的氧化物存在,這表明乙二醇可以防止納米銅氧化,同時(shí)聚乙二醇分散劑可以增加納米銅粒子的分散穩(wěn)定性及均勻性。

  2、芯片材料

  在芯片制造領(lǐng)域,衡量制造工藝的基準(zhǔn)是芯片內(nèi)晶體管與導(dǎo)線相連接的寬度,即線寬,寬度越細(xì),該制造工藝越精準(zhǔn)。受到原子元件尺寸的限制,半導(dǎo)體芯片的線寬有其物理極限,芯片體積不可能無(wú)限小,因此,通、斷電的頻率到一定程度就很難再提高。

  采用碳納米管(CNTs)來(lái)取代硅晶體管,是突破這個(gè)瓶頸的最佳方法。CNTs與其他半導(dǎo)體材料相比,不僅尺寸小、電學(xué)性能優(yōu)異、物理和化學(xué)性質(zhì)穩(wěn) 定,而且CNTs構(gòu)建的晶體管還具有發(fā)熱量更少以及運(yùn)行頻率更高等優(yōu)點(diǎn),同時(shí),CNTs容易實(shí)現(xiàn)溶液化,分離純化后的CNTs墨水能印刷出高性能的薄膜晶 體管器件。

  不可避免的,CNTs也存在著缺點(diǎn),即制備的CNTs中同時(shí)含有金屬性和半導(dǎo)體性CNTs。因此,在芯片制造領(lǐng)域,其需要經(jīng)過(guò)分離處理,得到半導(dǎo)體性質(zhì)的CNTs才能發(fā)揮相應(yīng)的作用。

  目前,單壁CNTs的分離一般基于化學(xué)方法,較為成熟,有電泳分離法(electrophoretic separation)和層離法(chromatographic method)等,但往往涉及到多種化學(xué)試劑,如加入表面活性劑會(huì)產(chǎn)生摻雜效應(yīng),所以,分離需要多步物理化學(xué)過(guò)程來(lái)完成。

  近幾年,又出現(xiàn)了一種全新的分離CNTs的方法——庫(kù)侖爆炸法。庫(kù)倫爆炸法利用靜電排斥的原理使一束單壁CNTs帶上同種電荷,當(dāng)電荷之間的排斥力大 于CNTs之間的范德華力時(shí),即發(fā)生庫(kù)侖爆炸。這種爆炸能使一束碳納米管相互分離,形成一種獨(dú)特、新奇的放射狀格局,被命名為“納米樹(shù)” (nanotree)。經(jīng)拉曼光譜(Raman spectra)等測(cè)試證明,分離后的CNTs具有較小的直徑,不到3nm,甚至出現(xiàn)結(jié)構(gòu)完整的單根CNTs。

  同時(shí)出現(xiàn)的還有其他新技術(shù),如利用不同序列的DNA識(shí)別金屬性和半導(dǎo)體性單壁CNTs。DNA識(shí)別雖然靈敏,但成本高,且耗時(shí)長(zhǎng)。縮短這一時(shí)長(zhǎng)可以通 過(guò)兩相萃取,將不同屬性單壁CNTs分離開(kāi)來(lái),整個(gè)過(guò)程只需4分鐘,比傳統(tǒng)的方法快了數(shù)十倍,而且成本大幅降低,為分離出的單壁CNTs走向真正意義的應(yīng) 用提供了可能。

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