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橡胶晶体管像衣料一样柔软与结实

时间:2019-08-15 20:09:51 来源:互联网 阅读:0次

  日本产业技术综合研究所(简称 产综研 )日前宣布, 开发出了像衣服一样柔软、结实的晶体管 。尽管以前出现过好几种可弯曲、可伸展的电子电路,但大部分都是通过将布线和基板改为褶皱状等改进措施来确保伸展性的。

  而产综研此次利用导电橡胶及凝胶等柔软而具有伸展性的材料,构成了晶体管的电极、半导体、栅极绝缘膜、基板。从而实现了与涤纶布料同等的柔软性。据产综研介绍,这种晶体管对任意方向的拉伸、弯曲伸展及局部压力也具有很强的耐受性,而且耐水性高,可以洗涤。设想用于贴在人体或衣服上使用的各种大面积传感器等。

  区分使用制造方法不同的CNT

  该晶体管在约1mm或更薄的硅橡胶中制作了栅极、源极、漏极、栅极绝缘膜及沟道(图1)。一个晶体管的尺寸约为1mm见方,沟道长度约为50 m,沟道宽度为700 m。 BR CLEAR= ALL

  图1 电极、半导体、绝缘体也很柔软

  此次制作的橡胶晶体管的元件构造和材料(a、b)、制作例子(c)、工作特性(d)。基板、电极、半导体沟道、栅极绝缘层全部采用柔性材料制作而成。(该图由《日经电子》根据产综研的资料绘制) (点击放大)

  各个电极采用了在橡胶中混合以超速成长(Super Growth,SG)法制作的单层CNT以提高导电性的复合材料。SG法是产综研开发的能以高纯度量产长尺寸单层CNT的技术。据产综研介绍,CNT较长的话,就容易相互缠绕交错,不仅可以增加柔软性,还能提高橡胶的增强效果。关于橡胶的导电率, 以8%的重量比例混合CNT时,约为 0S/cm (开发成员之一、产综研纳米管实用化研究中心主任研究员关口贵子)。

  晶体管的沟道部分采用了从eDIPS法制作的单层CNT中仅提取半导体型CNT、并随机配向的CNT。eDIPS法也是产综研开发的单层CNT制造技术,特点是CNT的结晶性较高。

  绝缘层为 双电层

  相当于栅极绝缘膜的部分采用了在高分子材料中含浸离子流体制成的凝胶材料。施加电压时,离子会移动,在电极附近像双电层电容器一样发挥功能。这样一来,将栅电极与源电极及漏电极配置于同一平面内的 侧栅极构造 晶体管也能够驱动(图1(b))。栅电压在-2V~1V之间变化时,电流导通/截止比为104(图1(d))。

  采用光刻、转印、喷墨技术制造

  生产工艺方面,除了无机半导体普遍使用的光刻技术之外,还运用了有机半导体以及形成CNT电路时经常使用的转印技术和喷墨(IJ)法等多种技术(图2)。

  图2 运用了无机半导体和有机半导体的生产技术

  晶体管的生产工艺。光刻、转印至硅胶基板的技术、喷墨法、旋涂法等,运用了多种制造工艺。 (点击放大)

  具体而言,首先利用光刻和等离子蚀刻技术,使在硅晶圆上成膜的CNT层形成图案,形成各个电极。将其转印到硅橡胶基板上之后,再用喷墨法把半导体型CNT涂覆于沟道层。然后,把利用旋涂法形成薄膜的栅极绝缘膜切断,再将其贴到沟道层之上。

  据产综研介绍,之所以没有一开始就使用硅橡胶基板,是因为硅橡胶耐受等离子蚀刻的能力较弱。

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骨头社
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