一般的集成電路都是印在堅硬硅晶片上,但柔軟靈活的電路用途更廣。在電子產品無處不在的今天,柔韌性電子設備更符合大眾需求,但要找到性能優良、成本低廉的材料,卻是一大難題。據物理學家組織網11月26日報道,最近,美國賓夕法尼亞大學研究人員展示了一種硒化鎘納米晶體,能被“印”或“涂”在柔軟塑料上,制成多種性能優良的電子設備。相關論文發表在最近的《自然?通訊》雜志上。
論文指導教授謝理?卡甘介紹,目前便攜電腦及其他設備的顯示器上用的是非晶體硅,根據硒化鎘納米晶體的性能標準,其運載電子的速度比非晶體硅要快22倍。除了速度快,硒化鎘還有沉積溫度上的優勢:非晶體硅所需的工藝要在幾百度的高溫下操作,而硒化鎘納米晶體可以在室溫下實現沉積和軟化,使其能采用更靈活的塑料底片。此外,研究人員還選用了特殊的配合基,也就是從納米晶體表面伸出來的化學鏈,能使電路被壓入膠片時,提高其電導率。
“雖然人們對硒化鎘電子傳輸的研究已經很多,但此前還無法利用它們的優良性能。”領導該研究的工程與應用科學學院材料科學與工程系博士生戴維?金說,“我們研究中的創新是用了新的配合基,能很容易地轉移到柔韌塑料上,而其他配合基會讓塑料融化。”
納米晶體可分散在墨水狀的液體中,因此可用多種沉積技術來制作電路,研究人員所用的是一種旋轉噴涂法,通過離心力拉起表面的一層薄薄溶液。除此之外,通過浸漬、噴霧或噴墨打印的方式都可以。
制作工藝是先在柔軟塑料上用影版印上底層的電極圖案,劃出線路區,再用影版界定出上層導電區,用黃金連成電路。此外還需加入絕緣的氧化鋁層和30納米的納米晶體涂層,最后用影版沉積法在頂層做出電極,形成最終的電路?!爸谱鲝碗s電路就像搭建多層建筑,黃金好比是樓梯,讓電子可以在樓層之間運動?!笨ǜ收f。
研究人員利用這種工藝制作了一個變極器、一個放大器和一個環形振蕩器,并測試了納米晶體在這3種電路中的性能。該工程學院電氣與系統工程系博士生賴育明說:“變極器是構建更復雜電路的基本器件;放大器能在模擬電路中放大信號;環形振蕩器能在數字電路的多階段傳播‘開’‘關’信號?!?/P>
“這些電路的操作電壓都只有幾伏特,如果你想用電池來驅動便攜電子設備,它們必須是低壓的,否則就不管用?!笨ǜ收f,而這些鎘硒化納米晶體電路結合了柔韌性、相對簡單的制作工藝和低能耗的優點,為生物醫學和安全應用領域的新型設備、各種傳感器及其他方面的應用鋪平了道路。
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