2D半导体插图
2D半导体的传送过程的插图与纳米透明触点(左)和带有转移结构的柔性透明基板的照片(右)。(图片信用:维多利亚陈/阿尔韦·瓦斯/流行实验室)

超薄,柔性电脑电路一直是工程目标多年,但技术障碍已经阻止了实现高性能所需的小型化程度。现在,斯坦福大学的研究人员发明了一种制造技术,其产生柔性,原子薄晶体管的长度小于100纳米 - 比以前更小的数倍。

通过提前,研究人员表示,所谓的“Flextronics”移动更接近现实。灵活的电子产品承诺可弯曲,可塑性,且节能的计算机电路,可以佩戴或植入人体,以执行无数与健康相关的任务。更重要的是,即将到来的“互联网”,其中几乎每个设备都在我们的生活中被整合并相互连接,应该类似地受益于柔佛。

在适用于柔性电子器件的合适材料中,由于它们的优异的机电性能,即使在纳米级,也具有优异的机械性能,使其比传统硅或有机材料更好地显示出许可。

迄今为止的工程挑战一直在于,形成这些几乎不可行的薄设备需要一个远太大的柔性塑料基板的过程。这些材料只会在生产过程中融化和分解。

根据研究人员的解决方案是在步骤中进行,从基础衬底开始,该基底是无所谓的。它们形成了2D半导体二硫化钼(MOS2)的原子薄膜,其覆盖着涂有玻璃的固体板的小纳米图案金电极。因为在传统的硅衬底上执行该步骤,所以纳米级晶体管尺寸可以用现有的先进图案化技术进行图案化,以实现柔性塑料基板上否则不可能的分辨率。

该分层技术称为化学气相沉积(CVD),一次生长MOS2一层原子的膜。所得薄膜仅是三个原子厚,但需要温度达到850°C(超过1500°F)的工作。相比之下,聚酰亚胺制成的柔性基板 - 薄塑料 - 将在360°C(680°F)约约360°C(680°F)的形状,并在较高温度下完全分解。

通过首先在刚性硅上形成这些关键部件并使它们冷却,斯坦福研究人员可以施加柔性材料而不会损坏。通过在去离子水中简单的浴,整个装置堆叠剥离,现在完全转移到柔性聚酰亚胺。

在几个额外的制造步骤之后,结果是能够比以前产生的任何产生的性能更好的柔性晶体管,其具有原子薄半导体的任何产生。研究人员表示,虽然可以构建并随后将整个电路转移到柔性材料,但随后层的某些并发症使得转移后更容易地使这些附加步骤更容易。

“到底,整个结构只有5微米厚,包括柔性的聚酰亚胺,”埃里克流行教授说。“这比人类的头发更薄的十倍。”

虽然在柔性材料上产生纳米级晶体管的技术成果是非常值得注意的,但研究人员还将其设备描述为“高性能”,这在该上下文中是指它们能够在低电压运行时处理高电流,根据低功耗所需的要求。

“这令人沮丧有几个好处,”戴斯博士说。“当然,您可以在给定的占地面积中适用更多的晶体管,但是您还可以在较低的电压高速下具有更高的电流,具有较少的功耗。”

同时,金属触点散发并散布晶体管产生的热量,而在使用中可能会危及柔性聚酰亚胺的热量。

使用原型和专利申请完成,DAUS和POP已转移到其对设备精炼设备的下一个挑战。它们已经使用两个原子薄半导体(MOSE2和WSE2)建立了类似的晶体管,以证明该技术的广泛适用性。

与此同时,大四表示,他正在研究与设备集成无线电电路,这将允许未来的变化与外部世界无线地通信 - 肌肤的另一个朝向人体中的可行性,特别是那些植入人体或在其他设备中深度集成的那些连接到事物互联网。

“这不仅仅是一个有前途的生产技术。Pop说,我们实现了灵活性,密度,高性能和低功耗 - 所有的同时。“这项工作能够在几个层面上向前移动技术。”

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