是否曾为看不清手机或掌上游戏机屏幕而烦恼?不必担心,研究人员正在努力解决这个问题:一个研究小组设计出一种改进的弯曲电路制造方法,即从一个表面切下一片薄而柔软的材料,然后将其印到另一个表面上。其开发者报告称,这项技术可以轻松地将多种类型的半导体组合到同一器件中。
伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的材料科学家约翰·罗杰斯表示,以这种方式混合和匹配材料可能为手机和掌上游戏机带来更明亮的显示屏,为可接收广阔视野的球形光敏“眼睛”,以及可折叠并塞入背包的柔性通信设备铺平道路。“这是制造柔性显示器的一种非常直接的途径,”他说。
制造商使用刚性的晶体硅晶圆制造计算机处理器和大多数其他传统电子器件。他们希望混合使用其他半导体,以利用其更快的速度或更大的功率容量,但罗杰斯表示,将它们与硅融合的方法通常笨拙或复杂。
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为了简化这一过程,罗杰斯和他的同事们找到了化学溶剂,这些溶剂在表面平面上的腐蚀半导体晶体的效果远好于垂直向下腐蚀。因此,溶剂不是在材料上蚀刻出大孔,而是将材料的层或条带从其余部分分离出来。转移的碎片也非常有弹性,因为它们非常薄——只有1.5微米或更小,甚至比人类头发还要细得多。“它们实际上是柔软而灵活的,”罗杰斯说,“因此,这使您可以打印它们。”
为了转移材料,该团队首先从晶体上剥离硅或其他物质的条带。接下来,他们将硅橡胶印章放在晶体上,当他们剥离印章时,半导体碎片就随之而来。最后,他们将抬起的碎片印到聚合物片材上,并通过浇注液态聚合物使其凝固,从而将它们固定在那里。
研究人员在《科学》杂志上报告称,使用这种工艺,他们生长了高达三层高的柔性电子器件堆叠,这些堆叠由硅、半导体砷化镓和氮化镓以及碳纳米管混合搭配而成。罗杰斯说,该团队以标准方式在层之间沉积了金属线,并证实他们可以从这些器件创建简单的电路。
这只是一个概念验证,但罗杰斯说,他已经在与公司讨论如何提升现有消费类产品的性能。例如,这项技术可以为移动设备提供更便宜、更明亮的LCD显示屏的途径,通过使用比普通硅质量更高的硅来制造电路。“工程挑战是巨大的,”他说,“但没有理由说明它不能奏效。”
他还设想将红外敏感电子器件印刷到球形表面上,实际上是创造一个具有广阔视野的夜视“眼睛”。一个简单的演示需要多久?罗杰斯说,也许只需六个月。