近日,，鄭州大學材料科學與工程學院孫晴晴博士,、劉旭影教授等聯(lián)合日本物質(zhì)材料研究所三成剛生研究員和中科院蘇州納米所趙建文研究員聯(lián)合提出了一種疊層印刷高性能電子器件新策略,。該成果以全文形式發(fā)表在高水平學術(shù)期刊Small Methods,，鄭州大學為第一完成單位,。

面向三維集成電路的多層器件可以縮小芯片尺寸至微納尺度,，并有效提升器件性能和功能性,，以及顯著提高芯片封裝密度,。目前，在半導體工業(yè)中,，光刻作為一種減法制備技術(shù),，制程中需要大量的光刻膠和化學試劑，易造成環(huán)境污染,，且流程復雜,，并需要超過120°C的高溫退火，容易造成有機材料結(jié)構(gòu)損傷,，降低工藝精度和器件性能,。印刷法屬于增材工藝，可用于制備柔性大面積和低成本功能電子器件,。另外,，印刷工藝可以在大氣室溫環(huán)境下操作，避免熱處理造成的柔性基板和活性材料的破壞,，從而更利于實現(xiàn)卷對卷生產(chǎn)低成本的生物傳感器,、太陽能電池和電子電路等。然而,，在疊層印刷過程中,，活性成份油墨的兼容性和匹配性仍存在諸多難題，如相互侵蝕,、低親和性,、低附著力和高接觸電阻等，從而限制了印刷技術(shù)在集成電子器件制造中的應用,。因此,，開發(fā)新型電子油墨并解決以上難題將有助于實現(xiàn)印刷電子器件的高集成度、高性能和高可靠性,。

該研究表明,，將低溫催化溶液法處理的二氧化硅 (LCSS) 薄膜作為介電材料，金納米顆粒 (AuNPs) 作為導電油墨,，通過疊層印刷制備出了高分辨3D線路,，可以實現(xiàn)了低于1 μs高速響應的瞬態(tài)電壓。另外,，以LCSS為介電層,，單壁碳納米管（sc-SWCNT）作為有源層的薄膜晶體管（TFT），展現(xiàn)出了良好的電學特性（平均場效應遷移率70 cm2 V-1 S-1、低工作電壓1 V和高開關(guān)比107等）,、100%的高產(chǎn)率以及良好的偏壓穩(wěn)定性和力學穩(wěn)定性,。因此，這種疊層印刷技術(shù)提供了一個通用,、穩(wěn)定和高效的思路,，可用于解決復雜 3D 集成電路和器件圖案化的挑戰(zhàn)性問題。

該課題受到國家自然科學基金,、國家高層次人才計劃,、國家國際合作計劃等項目的支持。

全文鏈接：https://doi.org/10.1002/smtd.202100263