斯坦福大学的研究人员发明了一种制造技术，可以生产出长度小于100纳米的柔性原子薄晶体管——比以前可能的要小几倍。6月17日发表在《自然电子》杂志上的一篇论文详细介绍了这项技术。

研究人员表示，随着这一进展，所谓的“伟创力”离现实更近了一步。柔性电子有望生产出可弯曲、可塑形、节能的计算机电路，可穿戴或植入人体，执行无数与健康有关的任务。更重要的是，即将到来的“物联网”，我们生活中的几乎所有设备都与灵活的电子产品集成和连接，也应该同样受益于伟创力，Andrew Myers报道。在斯坦福新闻上。

技术上的困难

在柔性电子的合适材料中，二维(2D)半导体显示出了希望，但迄今为止的工程挑战是，要形成这些几乎不可思议的薄设备，需要一个对柔性塑料基板太热的过程。

阅读更多:设计灵活和刚性的医疗可穿戴设备，以承受日常磨损

为了解决这个问题，斯坦福大学电子工程教授埃里克·波普(Eric Pop)和波普实验室的博士后学者阿尔温·道斯(Alwin Daus)采用了两个步骤，从一种完全不灵活的基板开始。

在涂有玻璃的固态硅板上，波普和道斯形成了二维半导体二硫化钼(MoS2)原子薄膜，薄膜上覆盖着小型纳米图案金电极。斯坦福大学的报告说，因为这一步是在传统的硅基板上进行的，所以纳米级晶体管尺寸可以用现有的先进的模数技术来模数，从而实现在柔性塑料基板上不可能实现的分辨率。

这种分层技术被称为化学气相沉积(CVD)，每次生长一层二硫化钼原子薄膜。最终形成的薄膜只有3个原子厚，但需要达到850摄氏度(超过1500华氏度)的温度才能工作。相比之下，由聚酰亚胺(一种薄塑料)制成的柔性衬底早就在360摄氏度(680华氏度)左右失去了形状，并在更高的温度下完全分解。

斯坦福大学的研究人员首先将这些关键部件在刚性硅上进行模式化和成型，然后让它们冷却，就可以在不损坏的情况下应用这种柔性材料。在去离子水中简单地浸泡一下，整个设备堆栈就会剥离，现在完全转移到柔性聚酰亚胺上。

经过几个额外的制造步骤后，结果是柔性晶体管，其性能比以前用原子薄半导体生产的任何晶体管都要高几倍。研究人员表示，虽然可以构建完整的电路，然后将其转移到柔性材料上，但后续层的某些复杂性会使转移后的额外步骤更容易完成。

“最终，整个结构只有5微米厚，包括柔性聚酰亚胺，”这篇论文的资深作者波普说。“这比人的头发还要细十倍。”

“这种缩减有几个好处，”论文第一作者道斯说。“当然，你可以在给定的占地面积内安装更多的晶体管，但你也可以在更低的电压下获得更高的电流——高速而低功耗。”

阅读更多:柔性混合动力电子市场到2024年将达到近2亿美元

与此同时，黄金金属触点在使用过程中分散了晶体管产生的热量——这些热量可能会危及柔性聚酰亚胺。

有前途的未来

在完成了原型和专利申请后，道斯和波普开始了下一个挑战——改进设备。他们用另外两种原子薄半导体(MoSe2和WSe2)制造了类似的晶体管，以证明该技术的广泛适用性。

与此同时，道斯表示，他正在研究将无线电电路与这些设备集成，这将使未来的各种设备能够与外界进行无线通信——这是伟创力向可行性迈进的又一大步，特别是那些植入人体或集成在其他连接物联网的设备深处的设备。