鲍哲南微光刻新化学技术可使可拉伸的晶体管与电路规模商业化

　　高密度弹性电路的单片光学微光刻
　　新化学技术使使用现有技术能够在人造皮肤上打印可拉伸、可弯曲的电路
　　〔导读〕：
　　聚合物电子材料使柔软且可拉伸的电子产品成为可能。然而，由于缺乏用于类皮肤和弹性电路的通用微纳米制造方法，导致设备密度低，并且与硅基设备相比，并行信号记录和处理能力有限。斯坦福鲍哲南教授团队提出了一种单片光学微光刻工艺，该工艺通过顺序紫外光触发的溶解度调制直接微图案化一组弹性电子材料。研究人员以每平方厘米42，000个晶体管的密度制造了沟道长度为2微米的晶体管包括异或门和半加器的弹性电路。
　　斯坦福大学的研究人员展示了如何在类皮肤材料上打印密集的晶体管阵列，以创建可拉伸的电路，这些电路可以随身体弯曲以执行尚未想象的应用。
　　柔性电子商业化之问
　　柔性电子全球领军人物鲍哲南教授和她在斯坦福大学的研究人员团队花了近20年的时间试图开发类似皮肤的集成电路，这些集成电路可以拉伸、折叠、弯曲和扭曲一直工作然后每次都毫无故障地弹回。这样的电路预示着可穿戴和可植入产品的出现，但一个障碍一直存在。
　　即，如何生产一种全新的技术，其数量足以使商业化成为可能？鲍哲南教授说。
　　鲍哲南教授和团队认为他们找到了答案。在一项新研究中，该小组描述了他们如何使用设计用于制造固体硅芯片的相同设备在橡胶状皮肤状材料上印刷可拉伸但耐用的集成电路这一成就可以通过更换代工厂来简化向商业化的过渡，实现今天制造刚性电路的工艺稍加改进即可以生产可拉伸的电路。
　　本周出版的《Science》杂志详细介绍了这一过程，研究人员可以在一平方厘米的可拉伸电路中挤压超过40，000个晶体管，但该团队认为，这个数字的两倍是可以实现的。虽然这与可挤入硅芯片同一区域的数十亿个晶体管相去甚远，但足以为皮肤传感器、人体尺度网络和可植入生物电子学创建简单的电路，其应用尚待开发。被想象。
　　我们的方法将弹性晶体管密度提高了100倍以上，是迄今为止其他任何人所取得的成果。它在晶体管中具有出色的均匀性，同时不牺牲电子或机械性能，该论文的共同第一作者、博士后研究员郑玉清说。
　　旧工艺，新化学
　　斯坦福工艺的一个主要优势是，它可以用今天用来制造硅芯片的相同设备来完成。该过程称为光刻，使用紫外线（UV）光将复杂的电活性几何图案（电路）一层一层地转移到固体基板上。这是一个复杂的、多步骤的涂层过程，曝光、化学蚀刻和冲洗，留下了最重要的电路。
　　这种方法在半导体行业已经运行了几十年，但迄今为止，用于溶解和洗掉耐光材料的化学物质也洗掉了作为可拉伸电路基础的皮肤状聚合物。通过开发适用于这些可拉伸材料的新光化学，鲍哲南团队正在改进久经考验的传统半导体制造设备来做新的工艺。事实上，斯坦福工艺甚至取消了硅制造中的一些必要步骤。而这一切加起来就是一个了不起的结果。
　　该论文的共同第一作者、博士后学者YuxinLiu说：我们的过程效率更高，并且可能比刚性电路更经济高效地生产可拉伸电路。
　　致密耐用
　　该团队使用新工艺生产出电气性能与当前计算机显示器所用晶体管大致相同的柔性电路对实际应用非常有用然后测试了它们的材料的耐用性和性能。将电路拉伸至原始尺寸的两倍，平行和垂直于电路方向，新印刷的材料没有出现裂缝、分层，最重要的是，功能下降。在电气方面，晶体管保持稳定，即使经过1，000次重复拉伸。
　　随着晶体管密度的提高，这个过程可能会为柔性电路带来新的应用，该研究的共同第一作者钟东来博士后说。