美用納米晶體制成低壓柔韌電路
2012-12-03 20:46:05 本站原創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。“制作復雜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。”卡甘說。
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。”
“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。”卡甘說，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。
