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【纳米】首块纳米晶体管来了,新型制造方法可用3D打印晶体管
金陵 2016-04-09
导语

晶体管是电子设备的基本元件,但其构造过程非常复杂,需要高温且高度真空的条件。美韩科学家在《科学》杂志上报告了一种新型制造方法,将液体纳米晶体“墨水”按顺序放置。

晶体管是电子设备的基本元件,但其构造过程非常复杂,需要高温且高度真空的条件。都说未来的晶体管很牛,不但要像传统晶体管那样功能强大内涵足够,还需放下身段能够“嫁鸡随鸡、嫁狗随狗”,拥有超强适应能力。高温生产显然会破坏各类柔性基材,所以如何低温操作成为必答题。

近日,美韩科学家在《科学》杂志上报告了一种新型制造方法,将液体纳米晶体“墨水”按顺序放置。新的制造工艺恰到好处地给出答案——精准堆叠。他们称,这种效应晶体管或可用3D打印技术制造出来,有望用于物联网、柔性电子和可穿戴设备的研制。

宾夕法尼亚大学官网消息,研究人员在实验中先将拥有晶体管电学属性的纳米晶体,或球形纳米粒子分散在液体内,制造出四种纳米晶体墨水:一种导体(银)、一种绝缘体(氧化铝)、一种半导体(硒化镉)以及一种有掺杂物(银、铟混合物)的导体。研究人员之一、韩国地质矿产研究所Ji-Hyuk Choi 说:“我们首次证实,晶体管所有的组件金属层、绝缘层、半导体层甚至半导体掺杂剂都能由纳米晶体制造。”

图:研究人员开发了晶体纳米晶体“墨水”,然后将他们铺在柔性塑料表面。

不过在制造过程中,需要采用精确的方式将其堆放。首先,导电的银纳米晶体墨水从液体中沉淀在一个被光刻用掩模处理过的柔性塑料表面,随后,快速旋转将其画在一个平坦的层内。接着将掩模移走,留下银墨水做晶体管的门电极。接下来,在其上面放置一层以氧化铝纳米晶体为基础的绝缘体,再放上一层以硒化镉纳米晶体为基础的半导体,最后加上另一层铟/银混合物,形成了晶体管的源电极和漏电极。当以较低温加热这套系统时,铟掺杂从这些电极扩散到半导体组件中。

图:晶体纳米晶体“墨水”表面经过特殊处理,能保证电特性

该研究团队领导Kagan教授说:“用溶液基材料进行研究时,要确保添加第二层不会洗掉第一层,依此类推。我们必须在纳米晶体刚进入溶液以及沉淀后,对其表面进行处理,确保它们拥有合适的电学属性并采用我们希望的构造组合在一起。”

图:由于是低温操作,因此晶体管可以在柔性塑料表面一次完成

Kagan表示,新过程的工作温度比传统方法低,因此,他们能同时在同一块柔性塑料背衬上制造多个晶体管,“大面积和更低温度制造晶体管是包括物联网、大区域柔性电子和可穿戴设备等多项新兴技术的目标”。

图:研究人员Ji-Hyuk Choi 和Cherie Kagan教授

脑洞大开一下:更进一步,既然纳米尺度的晶体墨水都可以操控至此,何不将晶体管材料制成特殊“纤维” 直接定制生产柔性基材,一步到位岂不更省事?

文章链接:

Ji-Hyuk Choi, et al, "Exploiting the colloidal nanocrystal library to construct electronic devices," Science, Vol. 352, Issue 6282, pp. 205-208, DOI: 10.1126/science.aad0371

(本文参考自科技日报)

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作者 金陵

本科生

北京大学

活跃作者
  • 爱因斯坦 科研工作者 北京航空航天大学 博士
  • 梅西 本科生 北京工业大学 本科
  • 金陵 本科生 北京大学 本科


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