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目前可穿戴柔性電子產(chǎn)品難以實(shí)現(xiàn)，但斯坦福大學(xué)研究人員說他們已經(jīng)取得了突破性進(jìn)展。多年來，超薄的柔性計(jì)算機(jī)電路一直是一個(gè)工程目標(biāo)，但技術(shù)上的障礙阻礙了實(shí)現(xiàn)高性能所需的微型化程度。
現(xiàn)在，斯坦福大學(xué)的研究人員發(fā)明了一種制造技術(shù)，可以生產(chǎn)出長(zhǎng)度小于100納米的柔性原子薄型晶體管，比以前小幾倍。今天他們?cè)凇蹲匀?電子學(xué)》上的一篇論文中詳細(xì)介紹了這種技術(shù)。研究人員說，隨著這一進(jìn)展，所謂的"柔性電子學(xué)"更接近于現(xiàn)實(shí)。柔性電子器件有望實(shí)現(xiàn)可彎曲、可塑形、但節(jié)能的計(jì)算機(jī)電路，可以穿在身上或植入人體，以執(zhí)行各種健康相關(guān)的任務(wù)。更重要的是，即將到來的物聯(lián)網(wǎng)，即我們生活中幾乎每一個(gè)設(shè)備都與柔性電子器件集成和互聯(lián)，應(yīng)該同樣受益于柔性電子技術(shù)。
迄今為止，工程上的挑戰(zhàn)是，可穿戴柔性電子產(chǎn)品的柔性材料在生產(chǎn)過程中會(huì)簡(jiǎn)單地融化和分解。根據(jù)斯坦福大學(xué)電子工程教授Eric Pop和開發(fā)該技術(shù)的Pop實(shí)驗(yàn)室的博士后學(xué)者Alwin Daus的說法，解決方案是分步驟進(jìn)行，從一個(gè)不具柔性的基礎(chǔ)基材開始，即在一塊涂有玻璃的固體硅板上，形成了一層原子級(jí)的二維半導(dǎo)體二硫化鉬(MoS2)薄膜，上面覆蓋著小型納米圖案的金電極。由于這一步驟是在傳統(tǒng)的硅襯底上進(jìn)行的，納米級(jí)的晶體管尺寸可以用現(xiàn)有的前沿圖案技術(shù)進(jìn)行圖案制作，實(shí)現(xiàn)了在柔性塑料襯底上不可能達(dá)到的分辨率。
被稱為化學(xué)氣相沉積(CVD)的分層技術(shù)，一次只生長(zhǎng)一層原子的MoS2薄膜。生成的薄膜只有三個(gè)原子厚，但需要達(dá)到850攝氏度(超過1500華氏度)的溫度才能發(fā)揮作用。相比之下，柔性基底由聚酰亞胺制成，在360攝氏度(680華氏度)左右早就失去了形狀，并在更高的溫度下完全分解了。斯坦福大學(xué)的研究人員首先在硬質(zhì)硅上繪制圖案并形成這些關(guān)鍵部件，然后讓它們冷卻，就可以在不損壞的情況下應(yīng)用柔性材料。通過在去離子水中的簡(jiǎn)單浸泡，整個(gè)設(shè)備堆棧被剝離，現(xiàn)在完全轉(zhuǎn)移到柔性聚酰亞胺上。
經(jīng)過幾個(gè)額外的制造步驟，結(jié)果是柔性晶體管性能比以前用原子薄半導(dǎo)體生產(chǎn)的任何產(chǎn)品性能能高幾倍。研究人員說，雖然整個(gè)電路可以建立，然后轉(zhuǎn)移到柔性材料上，但后續(xù)層的某些復(fù)雜情況，使轉(zhuǎn)移后的這些額外步驟更容易。最后，整個(gè)結(jié)構(gòu)只有5微米厚，包括柔性聚酰亞胺，這比人的頭發(fā)要薄十倍左右。雖然在柔性材料上生產(chǎn)納米級(jí)晶體管的技術(shù)成就本身就很引人注目，但研究人員還將他們的設(shè)備描述為"高性能"設(shè)備，在這種情況下，這意味著它們能夠處理高電流，同時(shí)在低電壓下工作，這是低功耗的要求。
(原標(biāo)題：斯坦福大學(xué)發(fā)明突破性制造技術(shù) 用于制造超薄柔性電子產(chǎn)品)
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