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使用柔性電路板的不只有可穿戴，還有……

文章來源：維文信作者：龔愛清查看手機(jī)網(wǎng)址

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人氣：5250發(fā)布日期：2017-02-25 11:08【大中小】

目前，業(yè)內(nèi)針對從脈搏和活性監(jiān)測到電解質(zhì)平衡測量等各種應(yīng)用提出了各種相應(yīng)的柔性電子器件。這使得要將柔性電路板的電子設(shè)備泛化和通用化變得比較困難，不過，目前提出的各種柔性電子器件大部分都涉及到傳感器、電源、板載數(shù)據(jù)存儲器、分析性電子器件以及用于配置和數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪撤N形式的通信部件的組合。

與剛性電子相比，柔性電子在成本和可用性上都具備一定的優(yōu)勢。（因此，本文將柔性電子和像智能手表這樣的可穿戴電子產(chǎn)品區(qū)分開）。來自柔性電子產(chǎn)品的數(shù)據(jù)可能用于支持慢性疾病患者的治療決策，所以準(zhǔn)確和一致的測量至關(guān)重要。像皮膚一樣彎曲和拉伸的貼片比尺寸更大、體積更大的器件的可穿戴性更好。而且，采用印刷電路技術(shù)制造的電子設(shè)備可能更便宜，如果出于衛(wèi)生的原因需要把設(shè)備設(shè)計為一次性的，成本也是非常重要的一個考慮因素。

不過，隨著應(yīng)用的推廣，柔性電子設(shè)備的靈活性和性能之間的矛盾和權(quán)衡很快就體現(xiàn)出來了。雖然在過去幾年中，可印刷半導(dǎo)體技術(shù)取得了顯著的進(jìn)步，但是它們依然無法匹配先進(jìn)硅片器件的高性能?；诖?，許多觀察者期望柔性電子設(shè)備使用混合技術(shù)，將非常薄的硅邏輯和通信電路和可印刷的傳感器和可能的電源供應(yīng)結(jié)合起來。

這種混合集成方案需要在不損壞硅電路的情況下將之轉(zhuǎn)換貼裝到柔性基板上。正如紐約大學(xué)的一名研究生Abdullah Alharbi在2016年12月份的IEEE電子器件會議上的演講中所解釋的，轉(zhuǎn)換貼裝技術(shù)分為三大類。第一類，強(qiáng)力方法，使用機(jī)械和/或化學(xué)拋光來薄化半導(dǎo)體。第二類，通過蝕刻等方法將外延層剝離，具體方法取決于將哪些嵌入的犧牲層選擇性橫向移除。

第三類方法，通過基板破裂進(jìn)行機(jī)械剝離，也稱為剝落。在受控剝落技術(shù)中，首先將具有高度斷裂韌性和固有拉伸應(yīng)力的亞穩(wěn)定膜沉積到基材上。比如，在超薄絕緣體上硅（ETSOI）器件的頂部沉積預(yù)先拉伸張緊的鎳。ETSOI這種材料非常理想，因為它的短溝道效應(yīng)不強(qiáng)，使得設(shè)計者可以利用體偏置進(jìn)行優(yōu)化，并且不需要溝道摻雜。

接下來，使用一個柔性帶拉動鎳層，直到下面的襯底失效，在埋藏氧化物下方約20微米處開裂。這種方法的擴(kuò)展性很好，而且是一個在室溫下就可以操作的過程，適用于任何脆性基板。

應(yīng)變工程是先進(jìn)工藝流程中的一項重要特征，但柔性器件的應(yīng)變工程幾乎沒有開展過任何研究工作。通過受控剝離，半導(dǎo)體從襯底釋放之后會經(jīng)歷殘余壓縮應(yīng)變。在GaAs中，這種殘余應(yīng)變可以用于調(diào)節(jié)帶隙。例如，紐約大學(xué)的研究人員在制造用于能量收集的柔性GaAs太陽能電池的過程中，通過調(diào)節(jié)帶隙，針對預(yù)期的光條件進(jìn)行優(yōu)化。

由于產(chǎn)量的限制，以及印刷電子器件需要較大的面積，全部采用印刷技術(shù)的電子器件可能最多只能容納幾百個晶體管而已，因此，混合電子技術(shù)很具有吸引力。最先進(jìn)的印刷電路的線寬只能夠能夠做到幾十微米。盡管如此，對于成本及其敏感的應(yīng)用，比如用于醫(yī)學(xué)檢查的一次性傳感器，印刷電子具有巨大的優(yōu)勢。非晶銦鎵鋯氧化物（a-IGZO）的載流子遷移率高達(dá)12cm 2 / V-sec，與多晶硅相當(dāng)，是n型印刷半導(dǎo)體的主要候選者。不幸的是，根據(jù)Imec的Paul Heremans的說法，目前尋找互補(bǔ)p型半導(dǎo)體工作的進(jìn)展有限。

迄今為止，p型半導(dǎo)體最好的候選材料是SnO，它的載流子遷移率為4.6cm 2 / V-sec。現(xiàn)在已經(jīng)證明可以將SnO與a-IGZO在互補(bǔ)邏輯中進(jìn)行集成，但是效果很差。SnO的缺點(diǎn)包括多晶結(jié)構(gòu)和沉積膜中存在n型SnO 2和金屬Sn。通過對候選材料進(jìn)行原始演算篩選，（K，Na）2Sn 2 O 3、B 6 O和ZrOS也是很有希望的潛在替代物。然而，在進(jìn)一步的模擬中發(fā)現(xiàn)，這些材料的非晶化會導(dǎo)致出現(xiàn)空穴。這樣一來，這些材料不可能實現(xiàn)半導(dǎo)體器件所需的帶狀載流子傳輸。

大阪府立大學(xué)的Kuniharu Takei小組分別使用碳納米管和濺射a-IGZO作為p型和n型半導(dǎo)體，Cr / Au電極作為源極和漏極。聚酰亞胺提供鈍化和應(yīng)變弛豫層。在商用器件的球形燈中，碳納米管薄膜晶體管表現(xiàn)出來的載流子遷移率為9.95cm 2 / V-sec。這種器件的通道為100微米長、400微米寬，為將來通過工藝收縮節(jié)約功耗和面積留下了很大空間。

正如在電子器件會議中的典型做法，這里討論的器件只是一些原型以及對一些概念的可制造性證明。醫(yī)療傳感器的發(fā)展道路還很長，面臨商業(yè)應(yīng)用時尤甚。然而，正如這些論文所展示的那樣，現(xiàn)在正在出現(xiàn)一些技術(shù)平臺，可以支持柔性電子技術(shù)的許多可能的不同用途。

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