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美颠覆传统硅晶片 用纳米晶体制成低压柔韧电路

http://www.kexue.com 2012-12-01 11:22:36 新华网  发表评论


随着纳米科技的兴起,很多传统概念正在被颠覆

  一般的集成电路都是印在坚硬硅晶片上,但柔软灵活的电路用途更广。在电子产品无处不在的今天,柔韧性电子设备更符合大众需求,但要找到性能优良、成本低廉的材料,却是一大难题。据物理学家组织网11月26日报道,最近,美国宾夕法尼亚大学研究人员展示了一种硒化镉纳米晶体,能被“印”或“涂”在柔软塑料上,制成多种性能优良的电子设备。相关论文发表在最近的《自然·通讯》杂志上。

  论文指导教授谢理·卡甘介绍,目前便携电脑及其他设备的显示器上用的是非晶体硅,根据硒化镉纳米晶体的性能标准,其运载电子的速度比非晶体硅要快22倍。除了速度快,硒化镉还有沉积温度上的优势:非晶体硅所需的工艺要在几百度的高温下操作,而硒化镉纳米晶体可以在室温下实现沉积和软化,使其能采用更灵活的塑料底片。此外,研究人员还选用了特殊的配合基,也就是从纳米晶体表面伸出来的化学链,能使电路被压入胶片时,提高其电导率。

  “虽然人们对硒化镉电子传输的研究已经很多,但此前还无法利用它们的优良性能。”领导该研究的工程与应用科学学院材料科学与工程系博士生戴维·金说,“我们研究中的创新是用了新的配合基,能很容易地转移到柔韧塑料上,而其他配合基会让塑料融化。”

  纳米晶体可分散在墨水状的液体中,因此可用多种沉积技术来制作电路,研究人员所用的是一种旋转喷涂法,通过离心力拉起表面的一层薄薄溶液。除此之外,通过浸渍、喷雾或喷墨打印的方式都可以。

  制作工艺是先在柔软塑料上用影版印上底层的电极图案,划出线路区,再用影版界定出上层导电区,用黄金连成电路。此外还需加入绝缘的氧化铝层和30纳米的纳米晶体涂层,最后用影版沉积法在顶层做出电极,形成最终的电路。“制作复杂电路就像搭建多层建筑,黄金好比是楼梯,让电子可以在楼层之间运动。”卡甘说。

  研究人员利用这种工艺制作了一个变极器、一个放大器和一个环形振荡器,并测试了纳米晶体在这3种电路中的性能。该工程学院电气与系统工程系博士生赖育明说:“变极器是构建更复杂电路的基本器件;放大器能在模拟电路中放大信号;环形振荡器能在数字电路的多阶段传播‘开’‘关’信号。”

  “这些电路的操作电压都只有几伏特,如果你想用电池来驱动便携电子设备,它们必须是低压的,否则就不管用。”卡甘说,而这些镉硒化纳米晶体电路结合了柔韧性、相对简单的制作工艺和低能耗的优点,为生物医学和安全应用领域的新型设备、各种传感器及其他方面的应用铺平了道路。(常丽君)

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