[业界] 二极体电子标签

衣服上的标签可以直接和手机连线，告诉你这件衣服的资讯？用手机靠近纸钞就可以判断真伪？你家的电器甚至是墙上的海报，所有东西都能互相联络传递资讯？这听来像是科幻小说的情节，在不远的未来真的有可能被实现！

“物联网（Internet of Things）”，是在描述生活中所有的用品都能彼此传递讯息的概念，甚至能够进一步对彼此的变化作出调整，其中物件并不限于常见的网路3C产品，更包括了服饰、纸张、沙发这类原本不具有电路、网路功能的物品。最近，瑞典与英国的合作研究团队发展了一款电子标签[1]，可以将二极体“列印”到物件上，当手机靠近并拨号时，电子标签可以吸收手机发出的电磁波讯号，转换成电流，驱动标签上的其他元件运作（像是可以驱动显示器显示画面）。

智慧型手机的电磁波接收与传送频率大致落在300MHz到3GHz的范围（称为ultra-high frequency, UHF），以往的电子标签受限于其材质与制程，并无法有效地接收此波段的讯号；举例来说，有机半导体可以印刷到弹性材质上作为二极体或是电晶体，但由于电子在其上移动的速率（迁移率, mobility）太慢，拖累了整体材质的操作频率，而无法接收在UHF波段的手机讯号；曾有实验尝试在高真空率下进行有机半导体材质的镀膜作业，此方法可以有效提升电子迁移率，但却相对大大提高了制程成本而无法量产化。另外，也有人使用奈米颗粒的半导体墨水作为电子标签，此材质虽然可以接收高频电磁波，但其制程上需要使用高温，很容易破坏掉作为基材的纸或是弹性聚合物，一样不太可行。

为了解决这个问题，研究团队使用了萧特基二极体（Schottky diode）作为电子标签的材质，比起一般的二极体，萧特基二极体具备较低的导通电压下降值（forward votage drop）并允许快速的切换操作，可以提升系统的效率。

在制作上，研究团队先将矽晶圆参杂金属锑（Sb）后，打碎成介于直径100奈米至1微米的小颗粒，把小颗粒与粘合剂充分混合，然后涂到铝电极上；下一步，涂好的电极会加上矽化铌（具高导电度和抗氧化性）作为保护层，提升产品的耐用度；最后，在其上铺设石墨电极和一层银胶便可完成。整个制程不需要真空环境或是高温，比起过去的方法更加节省成本。

制作出来的二极体，搭配铝箔天线，便可有效吸收UHF的电磁波并且转换成电流。目前，实验测量到的效能虽然在电磁波频率大于1.6MHz时会有所下降，但已能使系统产生足够的电流驱动电致变色荧幕（electrochromic display）（在1.8MHz频段的手机旁，可以产生19微安培的电流）。

这项技术ㄧ开始，其实是为了发展成纸钞的防伪标签（世界最大的纸钞及护照生产公司De La Rue也是本计划的参与者之一），当我们需要判定纸钞真伪时，只需把智慧型手机靠近，电子标签就会吸收手机的电磁波，并回传辨识讯息（包含这张钞票的来源之类的讯息）， 这样的设计比起传统的防伪技术更加严谨，也相对增加了伪造难度。

当然，这项技术一旦发展成功，其应用面绝对不限于纸钞，像是各类家具、生活用品都可以与手机连结，甚至它们彼此间也能沟通讯息，作出调整。要达到量产阶段，目前还需要再压低制程成本，对此研究团队正朝着寻找矽化铌替代材料的方向前进；同时，若能将二极体的操作频率拉高到2.4GHz，就能进一步和手机的wifi与蓝芽做结合，让产品普及化更容易。

资料来源：Printed Diode Is Fast Enough to Speak With Smartphones [IEEE, July 7, 2014]