在對傳統(tǒng)硅材料相關(guān)應(yīng)用研究達(dá)到瓶頸時,科學(xué)家們試圖尋找替代材料,二維材料因具備特殊的單原子層厚特點成為近年來的研究熱門,尤其是二硫化鉬(MoS2)、二硫化鎢(WS2)、二硒化鉬(MoSe2)、二硒化鎢(WSe2)等過渡金屬硫化物(TMDCs)具有優(yōu)異的光電特性,比較傳統(tǒng)硅作為晶體管材料時能夠?qū)崿F(xiàn)更高的電荷遷移率與更低的功率損耗。
斯坦福大學(xué)科研人員基于二硫化鉬發(fā)明了一種僅原子厚度的高性能晶體管,長度不到100納米,但可以實現(xiàn)在低電壓運(yùn)行時耐受高電流。這使得柔性電子產(chǎn)品達(dá)到“薄如蟬翼”的效果成為可能。相關(guān)研究成果發(fā)表在《NatureElectronics》上。
隨著科技的發(fā)展,雖然柔性電子設(shè)備已經(jīng)在日常生活中“隨處可見”了,如顏值較高的曲屏手機(jī)、升級版酷炫可折疊手機(jī)、不會“硌人”的智能服飾等等,但是人們對柔性電子技術(shù)的探索仍未止步,至少在輕薄度、可延性等方面仍然具有很大的發(fā)展空間。
柔性電子技術(shù)一般是通過將有機(jī)或無機(jī)材料電子器件制作在柔性或可延性的基板上,以使得傳統(tǒng)堅硬的電子設(shè)備柔性化,從而能夠在不規(guī)則的條件下穩(wěn)定運(yùn)行。*早可以追溯到上世紀(jì)60年代,當(dāng)時科研人員一般以塑料、金屬、玻璃、橡膠為基板,并嘗試用有機(jī)半導(dǎo)體替代硅等無機(jī)半導(dǎo)體。
一般而言,材料的輕薄度與其柔性是正相關(guān)的,然而對于電子設(shè)備而言,輕薄材料的電壓耐受性一般比較差,在實際應(yīng)用過程中存在很大的安全隱患,尤其是應(yīng)用在醫(yī)療數(shù)據(jù)跟蹤器等可穿戴設(shè)備當(dāng)中,基板受熱分解、漏電或者是數(shù)據(jù)異常反饋不及時等都可能對使用者造成生命危險。因此,如何保證電子設(shè)備在滿足性能條件的前提下趨于輕薄化與小型化,是至今為止研究人員一直在攻克的重要難點之一。
斯坦福大學(xué)研究人員提出了一種新的基于層的工藝使超薄電子設(shè)備成為可能。他們首先在覆蓋有玻璃涂層剛性硅基板上,利用化學(xué)氣相沉積法使原子厚度MoS2薄膜疊加成為僅三個原子厚度的涂層,該涂層上方覆蓋著納米級圖形結(jié)構(gòu)金電極,隨后浸入去離子水中將整個器件堆棧剝離,并轉(zhuǎn)移到由聚酰亞胺制成的柔性基板上。
*終包括基板在內(nèi)的整個柔性場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)厚度僅5微米,且分辨率高、功耗低、散熱效果佳。
新工藝在無線通信、“貼膚”電子產(chǎn)品、人體芯片等領(lǐng)域中具有很大的應(yīng)用前景,目前研究人員正在尋找商業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)的方法。此外,他們嘗試?yán)枚f(MoSe2)和二硒化鎢(WSe2)材料驗證這種晶體管制造方法的多樣性。