斯坦福大学的研究人员发明了一种制造技术，可以生产长度小于100纳米的柔性原子薄晶体管，比以前可能的尺寸小几倍。6月17日发表在《自然电子学》杂志上的一篇论文详细介绍了这项技术。
研究人员表示，随着这一进展，所谓的“伟创力”离现实更近了一步。柔性电子产品有望制造出可弯曲、可塑形且节能的计算机电路，可以穿戴在人身上或植入人体内，执行无数与健康相关的任务。此外，即将到来的“物联网”，即我们生活中的几乎所有设备都与柔性电子设备集成并相互连接，也将同样受益于伟创力。Andrew Myers报道。斯坦福新闻。
技术上的困难
在柔性电子产品的合适材料中，二维(2D)半导体已显示出前景，但迄今为止的工程挑战是，形成这些几乎不可能薄的器件所需的工艺对柔性塑料基板来说太热了。
为了解决这个问题，斯坦福大学电气工程教授埃里克·波普(Eric Pop)和波普实验室的博士后学者阿尔温·道斯(Alwin Daus)开发了这项技术，他们用了两步，首先是一个根本不灵活的基板。
在一块涂有玻璃的固体硅板上，波普和道斯形成了一个二维半导体二硫化钼(MoS2)的原子薄膜，上面覆盖着小的纳米图案金电极。斯坦福大学的报告称，因为这一步是在传统的硅衬底上进行的，所以纳米级晶体管的尺寸可以用现有的先进图案化技术进行图案化，从而实现在柔性塑料衬底上不可能实现的分辨率。
这种分层技术被称为化学气相沉积(CVD)，每次生长一层MoS2原子。由此产生的薄膜只有三个原子厚，但需要达到850摄氏度(超过1500华氏度)才能工作。相比之下，柔性衬底——由聚酰亚胺(一种薄塑料)制成——在360摄氏度(680华氏度)左右早就失去了形状，并在更高的温度下完全分解。
斯坦福大学的研究人员首先在刚性硅上对这些关键部件进行模式化和成型，然后让它们冷却，就可以在不损坏的情况下应用柔性材料。在去离子水中简单地浸泡一下，整个设备堆栈就会剥离，现在完全转移到柔性聚酰亚胺上。
经过几个额外的制造步骤，结果是柔性晶体管的性能比以前用原子薄半导体生产的任何晶体管都要高几倍。研究人员说，虽然可以构建整个电路，然后转移到柔性材料上，但后续层的某些并发症使转移后的这些额外步骤更容易。
“最后，整个结构只有5微米厚，包括柔性聚酰亚胺，”该论文的高级作者波普说。“这比人类的头发还要细十倍。”
该论文的第一作者道斯说:“这种缩小规模有几个好处。”“当然，你可以在给定的占地面积上安装更多的晶体管，但你也可以在更低的电压下获得更高的电流——高速而功耗更低。”
与此同时，黄金金属触点在使用过程中会分散晶体管产生的热量——这些热量可能会危及柔性聚酰亚胺。
有前途的未来
随着原型和专利申请的完成，Daus和Pop已经转向了他们的下一个挑战，即改进设备。他们用另外两种原子薄的半导体(MoSe2和WSe2)构建了类似的晶体管，以证明该技术的广泛适用性。
与此同时，道斯说，他正在研究将无线电电路集成到这些设备中，这将允许未来的变体与外界进行无线通信——这是伟创力向可行性迈进的又一大步，特别是那些植入人体或与其他连接到物联网的设备深度集成的设备。
