黑科技——超薄柔性硅技术
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想象一下这样一个场景:
你一大早起来赶早班飞机,昏昏沉沉地去洗澡时,昨天穿的衣服里装着的柔性传感小芯片发出洗衣提醒。早餐时,用平板大小的柔性显示器查看航班状态、新闻,浏览文本和视频。这时弹出医生发来的一条消息,提醒你贴上医用诊断贴剂,收拾好要带的药物。离开家时,地毯和墙纸里的微型传感器将一些家电改为待机模式。在机场,柔性电子客票指引你到登机口,机票、护照与视网膜扫描仪之间的无线连接使通关异常迅速。
虽然在日常生活用品中尚不能实现如此天衣无缝的集成运算,很大程度上是因为还没有便宜、超薄柔性的电子产品。但该技术已经越来越普及:射频识别(RFID)标签用于跟踪货物(且越来越多地用于跟踪宠物和人),汽车座椅中安装的柔性传感器会提醒父母去购物时不要把孩子遗忘在后座上,为电子书设计的可折叠显示屏正在研制中。这些具备内在柔性的产品可以大量生产,有的甚至可喷墨印刷,打造大屏幕显示器。
柔性芯片的主要材料是非硅有机和无机半导体,包括聚合物和金属氧化物半导体,因为成本是传统硅芯片的一小部分,使得柔性芯片成为刚性硅电路非常好的替代品,可以用以生产一些简单产品(例如光伏电池和电视屏幕)。但是,柔性电子产品在性能上不及传统方式制作的硅芯片。例如,2011年2月推出了第一款用有机半导体生产的微处理器,但4000个晶体管、8位逻辑电路运行速度低于10Hz的时钟频率。和1971年推出的英特尔404处理器(运行速度是100KHz)相比,慢了整整4个数量级。
但有一种制造超薄硅芯片的技术,可能会带来许多高性能的柔性应用,包括显示器、传感器、无线接口、能源采集和穿戴式生物医学设备。硅是制造这种芯片的理想的半导体,因为它有序的结构确保了转换器良好的性能,比有机替代品快得多。
那么,如何才能两全其美呢?那就要将价格低廉的大型柔性电子产品与硅结合起来,这和最好的产品相比不仅性能相当,更重要的是更加轻薄。
硅芯片通常以一毫米厚的晶片为基础。
如此的厚度,使得晶片可以有足够的刚性和稳定性应付生产过程。将厚度缩小到100至300微米,硅片虽然可以保持一定的硬度,但必须小心处理。如果缩小到50和100微米之间,晶片可能会在自身重力作用下断裂。
奇怪的是,厚度小于50微米却是最佳状态:这时硅片更柔韧、更稳定。10微米以下,硅片甚至可达到光学透明,从而简化装配过程中芯片对准的难题,并可用作窗户和其他透明表面上的传感器。这些50微米以下的芯片是制造前文提到的薄膜电子设备的理想选择。它们能弯曲、扭转、卷起,而且与不锈钢一样坚硬....
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