可延展柔性无机微纳电子器件原理及与研究进展_冯雪.pdfVIP

物理 学报 Acta Phys. Sin. Vol. 63, No. 1 (2014) 014201 展, 部分成果初步形成产业, 如有机发光二极管等. 能量转换效率高达41.1% 12 , 而根据美国Nation- 但是有机半导体材料的迁移率和器件工作频率比 al Energy Renewable Laboratory (NREL) 的数据, 89 无机半导体低几个数量级 , 无机金属导线的导 有机太阳能电池达到的最高能量转换效率仅有 电率比有机导电聚合物高几个数量级, 比如铜的导 8.3% 13 , 所以无机太阳能电池比有机太阳能电池 电率为 × S/cm, 而导电聚合物的导电率 的能量转换效率高几倍; 无机LED 比有机LED 具 一般小于200 S/cm, 日本东京大学Someya 研究组 14 有更高的能量效率和更长的使用寿命 , 比如In- 2008 年在Science 期刊和2009 年在Nature Materi- als 报道的单壁碳纳米管掺杂的聚合物导电率也分 GaN 蓝光LED 外部量子效率可以达到60% 15 , 使 10 11 16 别只有60 S/cm 和102 S/cm . 基于有机半 用寿命长达50000 h 以上 , 而Kim 等2010 年报 导体的光电能量转换器件和发光器件转换效率远 道的蓝光有机LED 的外部量子效率仅有4.8% 17 , 不及无机半导体器件, 比如砷化镓锗太阳能电池的 并且有机LED 的使用寿命一般小于15000 h. 图1 笔状可蜷曲显示器7 因此, 对于传统的有机柔性电子技术, 由于有 性并适应各种非平面环境. 因此, 柔性无机电子技 机半导体材料特性受限, 极大限制其在高速电子系 术是微电子与集成电路革新性发展的方向之一, 对 统中的发展和应用. 虽然有机电子器件能够承受弯 其基础问题的研究和解决, 可以形成具有自主知识 曲、拉伸等变形, 但是它们的电学等物理学性能还 产权的柔性无机集成电路, 推进传统信息产业革新 是不能与无机半导体器件相比. 硅等传统的无机半 和产业升级. 导体材料往往是脆性的, 在弯曲、拉伸等变形作用 柔性可延展无机电子技术并非用于取代目前 下容易发生断裂, 但它们具有优越的电学等物理学 的硅芯片技术, 而是对硅基载体的结构进行改进. 特性. 使传统无机微电子器件具备柔性, 传统有机 现在国际上必威体育精装版的柔性无机电子技术, 是将硅基体 柔性电子器件具备高性能, 一直是微电子器件工作 置于柔性基体(如Kapton、PET 或PDMS 等高分子 者的梦想. 聚合物) 上, 通过力学结构设计并利用基体的柔性 以传统硅材料为基体的无机微纳电子器件, 一 实现整体的可弯曲与可延展. 这种设计理念可以克 旦实现柔性将会极大拓展微电子器件的应用范围 服非柔性的硅基芯片较厚、易脆的缺点, 使得柔性 和领域,