你未来用的电子设备,可能是用喷墨打印机打出来的

作者: Gabriel Popkin

来源: Science

发布日期: 2016-12-12 10:31:53

研究者利用喷墨打印技术打印廉价可靠的晶体管阵列,这些晶体管由有机材料制成,具有柔性,可能引领未来有机柔性消费电子时代。尽管目前打印出的设备在晶体管密度和性能上还不能与硅材料竞争,但该技术展示了打印和保护有机电路组件的新颖方式,并有望在未来实现微芯片的打印。

用有机材料制成的柔性电子设备一直让人充满期待,如果能用打印的方法廉价快速的制造那就更理想了。想象一下,你未来的智能手表和心脏监测装置将会由喷墨打印机打印而成。最近,研究者在打印廉价可靠的晶体管阵列上已迈出了新的一步,并使用它们完成了一些基础运算。晶体管是现代电子技术的关键元件,这项研究也许某天会带领我们进入一个有机柔性消费电子时代。

不同于传统的硅,新的电路将由有机物,也就是碳基化合物制成。尽管此前已经有团队结合喷墨打印机和其他沉积方法,打印并组装出有机电子元件,但这项新的研究整个制造过程都只使用了喷墨打印机。

新的商业电子设备一定是要小巧耐用,适合大批量生产。现如今市场上几乎所有批量生产的设备都是基于用硅制成的微芯片,制造商在其上蚀刻出越来越小的晶体管,而晶体管实际上是用于形成计算机逻辑电路的电子开关。但是硅芯片存在一些缺点。硅芯片很硬,因而很难制成柔性的硅基电路。很多人认为由有机材料制成柔性可穿戴的电子元件也许会开发出电子元件的新应用。例如柔性的电子元件能收集如动脉硬化程度这样的关键医疗数据。

为了让这种电子元件兑现其潜力,来自韩国浦项科技大学的电子工程师 Sungjune Jung 和他的同事开始研究是否可以简单地打印出有机晶体管的工作网络。研究者用喷墨打印机每次打印出一层 3 微米高的电路:在底层,他们用有机化合物制成电流进出一只晶体管的部分,紧接着是控制两个晶体管中电流的金属电极。最上面,则是构成另一个晶体管载流部件的有机化合物。

研究者还在晶体管层之间放置了一层很薄的聚对二甲苯保护材料。Jung 的设备达到了一些关键指标。在 8 个月之后,所有晶体管依然能工作。对于寿命很短的有机电子元件来说,这是一项令人印象深刻的成就。此外,相比于动辄几百度高温的硅晶片生产线,此流程对温度的要求不超过 120 摄氏度。该团队将此研究发表在了 ACS Nano 期刊上。然而,这些打印出的设备还远远不能与硅材料竞争。

该团队能将五只晶体管装入一平方毫米的空间里,然而如今计算机上的集成电路能在相同空间中塞入数百万只晶体管。

但是当产品转向商业化的时候,这类的缺陷可能会被消除,PARC 的柔性电子元件专家 Janos Veres 表示。他称扬这项研究在打印和保护有机电路组件时所展示的新颖方式,并且他设想的未来传感器并不仅仅包含两层。但大多数的晶体管,也许需要和硅芯片以及其他技术协同工作。他表示:“最终我们一定能实现微芯片的打印。”

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