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有机无线射频识别标签（ORFID）

本项目着重研发一系列不同工作频率与不同储存信息量有机射频识别（ORFID）标签或有机射频卡为主，研究各种有机集成器件，为大面积集成柔性电子产品产业化奠定了有机电子方面的理论基础。本研究采用不同有机导电材料及制作工艺使有机薄膜晶体管（OTFT）集成于塑料基底上，制备出RFID塑料芯片。工作采用一套新的完整的技术方案，包括结合应用需要进行有机RFID标签的结构，电路设计，在柔性衬底上进行芯片集成电路的制作（通过掩模板及光刻工艺制备高性能的低聚合物RFID标签集成电路，喷墨打印方式制备便宜的高分子等有机RFID标签集成塑料芯片两种路线），印刷天线，及选择合适的测试系统进行应验标签和分析标签工作机制等部分。制备出工作频率为125kHz、13.56MHz 及储存信息量为1字节及8字节的有机RFID标签。其中晶体管的性能达到开关比在104以上，迁移率0.4~0.7cm2/Vs，电路工作电压在15V左右。本项目是国内首批研发有机RFID标签的实验室研究工作，从而给国内有机RFID技术的研发工作建立一个良好的平台，弥补国内在有机RFID标签领域的空白。主要应用范围：从长远发展看，有机RFID有可能成为将来主导各行业信息处理的关键技术之一。有机RFID标签作为一个低成本的选择，并不会代替常用、标准的无机RFID标签，而是开辟另一个新的市场，到时在RFID市场，有机半导体将与Si片技术相互补。有机RFID技术除了具有半导体RFID技术的优点以外，还具有便宜、厚度可以非常薄等特点，可以制成柔性电子标签，使用时可以随意粘贴，不受软硬度及厚度等限制，将来可以广泛应用于工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理、军事物流等众多领域。有机半导体的生产工艺将彻底改变了以往的Si集成电路生产流程，省去了复杂及昂贵的CMOS工艺过程（扩散、光刻、刻蚀、离子注入、薄膜生长、抛光等步骤），便宜并且环保。因为有机电子学能够实现大规模应用很关键的一点就是其能通过印刷工艺来实现有机电子器件的低成本。同样有机RFID标签的研究中，各国研究者的目的是想通过有机半导体材料制备有机集成电路，最终可以通过印刷的方式来得到有机RFID标签产品。这意味着有机RFID标签的到来将带动印刷行业领域的进展。采用打印制备RFID标签的工艺将碳基材料的微细颗粒喷射到芯片的基底上，不到几分钟就可以制造出芯片成品，且塑料芯片可以单片制造，其成本甚至不到0.1美分。而目前如果要建造一座生产Si芯片的工厂，其资金可能要高达百亿美金以上，然而同样的资金却可以建造超过100个生产塑料芯片的工厂。不论从前端厂房及材料成本，到后端的应用与生产成本，有机RFID技术的生产都极具优势。目前世界各国都认为有机RFID市场前景巨大。至于技术的发展，目前全球都还在探索阶段。各国家、地区和机构纷纷加大研发力度，尤其各国已经有专门的公司进行相关项目的投资。比如，美国Organic ID、IBM和德国PolyIC等公司。而中国的大部分企业一直处于观望的状态，虽然目前已经开始尝试无机RFID在一些领域的应用示范，但在技术基础方面远远落后于欧美各国，加之标准待确立和产业基础薄弱，诸多因素制约着RFID技术在中国这个世界最具潜力的消费市场难以大规模运行。如果有机RFID的研究及应用方面迟迟不肯投资，在未来新崛起的有机RFID产业里又必将落后于欧美、日韩和新加坡等国。只有在快要占领市场的有机RFID技术方面尽早投入，将来才可能分得一杯羹。制备出基本器件后，随着研发不断深入发展，将制备存储量和响应不断提高的器件。

北京交通大学 2021-04-13