有机RFID：可以印刷的电子标签.docx

有机RFID :可以印刷的电子标签在制约 RFID 技术普及的诸多因素之中，成本是重要的一项一 种有望将RFID标签成本降低10倍的有机RFID技术已经诞生这种 可以印刷的RFID标签技术拥有广阔的应用前景降低标签成本 10 倍自世界头号零售商沃尔玛宣布大范围使用 RFID 和美国军方宣布 军需物品均使用RFID标签来进行识别与跟踪以来，近年RFID技术开 始在全球范围内掀起阵阵高潮，吸引了众多知名企业参与相关芯片及 技术的研究和开发目前RFID技术正处于迅速上升的时期，被业界公认为是本世纪 十大技术之一，RFID商品标签也被认为将是今后全球商品交易及物 流中采用最广的技术之一但RFID标签的高成本却制约着这一技术 的普及（RFID标签的成本大约在每枚0.2美元以上）为了解决这个 关键问题，RFID标签设计及制作工作一直在寻找新的途径近年来国 外已经开始有机RFID标签技术的研究，并且已经取得了很大的成就 采用有机薄膜晶体管（OTFT）能够使IC电路制备在便宜的塑料基底上， 进行取代硅芯片的方案，最后通过印刷方式进行批量生产据估计， 这种有机RFID标签的成本将有望降至0.0厂0.02美元甚至更低。

作 为一个低成本的选择方案，有机RFID将在世界范围内开辟一个新的 市场，与硅片RFID技术相互补充来满足市场的需求可印刷的 RFID有机RFID技术其基本原理同半导体RFID —样，是利用射频信号 和空间耦合（电感或电磁耦合）传输特性，实现对识别物体的自动识 别系统一般由两部分组成，即有机RFID标签（应答器）和阅读器 （读头）在实际应用中，有机电子标签附着在被识别的物体上，当 带有有机电子标签的被识别物品通过其可识读范围时，阅读器自动以 无接触的方式将有机电子标签中的约定识别信息取出，从而实现自动 识别物品或自动收集物品标志信息的功能有机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 RFID 标签有机RFID作为一种新事物，是有机半导体和RFID技术相结合的 产物有机 RFID 标签的工作原理、结构、功能及频谱划分等与无机 RFID 相比并没有太大的区别，二者主要的区别在于材料和加工工艺 的不同。

无机RFID标签的芯片部分需要通过复杂及昂贵的IC工艺在 硅片上制备出来，然后再与天线部分集成在一起构成完整的标签而 有机 RFID 标签则力图全部通过印刷技术，用金属和有机物墨水把天 线和芯片直接制备在同一衬底上，因为采用了印刷电子技术，有机薄 膜晶体管能够使电路制备在便宜的塑料基底上，通过卷对卷（ R2R） 印刷技术批量生产有机 RFID 标签，这样制作工艺将得到简化，成本 也将大大地降低据 Nature Materials Commentary 杂志报导，全有 机的RFID标签成本将降至每枚0.01 -0.02美元如果有机RFID技术 成熟的话«Nature期刊所设想的一种产品可能将大量进入市场：这种 产品将显示部件、传感部件和 RFID 标签集中于一种商品上这样对 每件商品，消费者可以直接知道其保鲜度、颜色、温度等有关质量信 息有机RFID标签的结构在组成上与无机RFID标签并无多大差异 RFID 标签主要由天线、整流器、 IC 芯片及负载调节器部分组成读 写器将要发送的信息，经编码后载在某一频率的载波信号上经天线向 外发送，进入阅读器工作区域的电子标签接收此脉冲信号，卡内芯片 中的有关电路对此信号进行调制、解码、解密，然后对命令请求、密 码、权限等进行判断。

若读命令，控制逻辑电路则从存储器中读取有 关信息，经加密、编码、调制后通过卡内天线再发送给阅读器， 最 后阅读器对接收到的信号进行解调、解码、解密后送至中央信息系统 进行有关数据处理因此有机 RFID 技术的发展还将得益于多项技术 的综合发展所涉及的关键技术大致包括: 有机半导体技术、芯片技 术、天线技术、无线收发技术、数据变换与编码技术、电磁传播技术 等RFID 标签按其发射方式可分为反射式和发射式两种反射式（通 常为无源标签所采用）将阅读器发射的高频信号经过标签内产生的识 别信号调制后，形成的已调信号反射发送到阅读器中阅读器将接收 到已调信号，并解调出识别信号进行识别发射式（通常为有源标签 采用）射频卡内有高频载波发生电路，该电路产生高频载波，并被卡 内产生的识别信号调制，调制后的已调信号发送到阅读器中美国的3M公司早在2003年就采用并五苯（Pentacene）等高性能 的导电材料制作了储存信息量为1位，频率为125KHz的并五苯RFID 标签电路部分几乎全部采用有机薄膜晶体管制作而成有机射频卡 电路是属于反射式的，7 环振荡器和或非门构成识别信号发生电路， 产生振荡脉冲识别信号，调制阅读器发出的高频信号，并反射给阅读 器，阅读器接收到已调信号，并解调出识别信号进行识别。

有机RFID 应答器的电路部分包括脉冲识别信号产生电路、缓冲放大电路及射频 信号调制电路储存信息量大的有机 RFID 标签则需要加入储存电路部分在这 方面德国PolylC已经做出了惊人的成果成功开发出32和64字节 内存的有机 RFID 产品，除天线部分外，调制电路、储存电路和逻辑 控制电路等内部电路均使用有机材料，集成了数百上千个有机薄膜晶 体管有机薄膜晶体管 有机薄膜晶体管物理特性的提高导致采用有机薄膜晶体管代替 无机薄膜晶体管（主要采用硅制造）作为大规模集成电路中的主要部 件，是导致有机RFID的诞生及带动有机RFID迅速发展的主要关键技 术之一有机薄膜晶体管的诞生过去十多年来，具有光电特性的有机导电分子，以及高分子材料 研发中有许多突破性的进展这些具有光电性质的有机材料，不论是 小分子、聚合物或是高分子聚合物，往往可以吸收、发射可见光及光 电性质，进而催生出不同的应用，其中最重要的包括有机发光二极管 (Organic Light Emitting Diode，简称 OLED )、有机薄膜晶体管 (Organic Thin Film Transistors，简称 OTFT )有机薄膜晶体管从广 义上来说是将传统无机晶体管中的半导体层，用有机材料来取代，并 进一步以有机导体与塑料基板来取代无机导体和玻璃基板，完成可挠 曲的有机薄膜晶体管。

在传统的 MOS 组件制造上，一般是利用无机半导体材料硅作为 主要材料一般而言，硅是一种三度空间的共价键结构，强大的键能 使得硅原子间形成紧密的三度空间聚集结构，具有宽阔的价带和导带， 从而具有相当高的载流子迁移率但是这种晶粒排列需要高温、高成 本的沉积方式来完成在有机半导体方面，包含小分子和高分子，从化学结构的观点来 看，都含有非定域(delocalize)的n共轭电子；且由其最高已占分子轨 道(Highest Occupied Molecular Orbital，HOMO)及最低未占分子轨道 (Lowest Unoccupied Molecular Orbital ，LUMO)的差距，可定义其为 半导体或导体在形成半导体层时，分子多以集团方式存在，分子与 分子间仅以微弱的凡得华力相联系，所以有机物的电特性，主要是由 分子本身的结构来决定因此，如果分子间排列不够完整，有机物的 载流子传输就受限于分子间的传导，而非分子本身共轭结构的完整性， 也因为分子间的键结合力小，相较于无机晶体，有机物的价带与导带 就显得相对狭窄; 有机分子载流子迁移率，其值可能偏小一些但自 从Koezuka等在1986年报道了基于电化学聚合的聚唾吩OFE( OTFT) 器件，一般被认为是真正意义上的可应用于有机电子电路的基本单元 器件，同时也被看做是第一次有关OFET器件的报道，从那时到现在 短短的二十几年时间里，有机薄膜晶体管的研究取得了巨大的进展， 其可以应用于集成电路中有机薄膜晶体管的迁移率已经提高到5cm2/Vs，远远大于非晶硅的迁移率（大约1cm2/Vs ）。

有机薄膜晶体管拥有传统无机薄膜晶体管不可比拟的优点 : 有 机材料可利用溶液进行大面积旋涂、打印，降低制作的成本相对于 无机材料，有机材料可以在较低温的条件下制作， 因此可选择耐热 性较差的塑料基板，以制造质轻、具韧性、可挠曲的电子器件可挠 基底、低成本、低温制程，使得OTFT可以应用于低成本、大面积的 软性电子产品的机会大大提升 例如作为开关元件应用于大面积有 源矩阵平板显示领域 AMLCD、AMOLED 以及传感器阵列,在需要柔性 衬底的大规模集成电路中的应用，包括智能卡、智能价格及库存标签、 无线射频识别标签、商品防盗标签以及电子条形码等有机薄膜晶体管的基本原理 人们通常把半导体导电能力随电场而变化的现象称为 “场效应” 晶体管是一种三端子有源器件它可以分为双极型晶体管与单极型晶 体管场效应晶体管是单极型晶体管中的一种按载流子传输通道可 分为表面场效应晶体管和体内场效应晶体管两种，前者又分为 MESFET（Metal-Semiconductor FET） 和 MISFET / MOSFET （ MetalInsulator-Semiconductor FET /Metal-Oxide-Semiconductor FET ），后 者又称结型柵场效应晶体管（Junction-FET，JFET）。

有机场效应晶 体管是利用有机半导体作为器件的有源制备的一种MOSFET由于有 机场效应晶体管一般作为薄膜形式的器件，因此也被称为有机薄膜晶 体管有机薄膜晶体管基本上如同 MOS 晶体管一样，是由一个柵极 （Gate ）、一个源极（Source ）、一个漏极（Drain ）的三端点电子组件 组成在MOS晶体管的三端点里，源极通常接地，而让整个MOS晶 体管的操作由VGS（柵极电压）与VDS（漏极电压）来主导其中VGS（柵 极电压）的大小将决定此晶体管的开关状态，VDS（漏极电压）则决定当 晶体管处于“开”的状态时，流经漏极，沟道;Channel ）和源极的电流大 小按照产生的导电沟道的不同有机薄膜晶体管又可以分为n型、p 型和双极型研究近况及市场概况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PolylC等公司美国的 3M 公司用一种便宜的导电塑料来替代传统的硅晶体材 料，这种材料名叫并五苯（Pentacene）根据该公司公布的消息，利用 并五苯作为芯片半导体材料的标签已经可以被几厘米外的读取装置 识别。

OrganicID（Weyerhaeuser 公司的子公司，主要生产可印刷的 RFID 塑料标签）计划设计制作一种高分子标签，其工作频率为 13.56MHz2004年该公司已经申请了有关NQS模式的低性能晶体 管电路设计技术方面的专利到了2004年12月份，该公司宣称制作 出了已经满足17MHz工作频率的一种有机RFID标签2006 年，德国 PolyIC GmbH Co.KG 开发出了使用印刷和卷对 卷技术生产的有机无线射频识别标签，为数据保存集成了 8位 RFID 标签，集成了数百个有机晶体管，有机晶体管使用的半导体为 Poly- 3-alkylthiophen（ P3AT）制作完成10个月后其特性仍未出现下降 因此，该公司认为这种无线标签能够确保1年以上的元件寿命2007 年 6 月， PolyIC 又开发出 32 位和 64 位存储有机 RFID 标 签，工作频率为 13.56MHz另外近期有机整流器方面也有。