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有机电子技术研制取得新突破 塑料半导体功不可没

发布时间:2018-09-29 访问次数:280次 来源: 小伊琳 分享:

可导电的塑料将可催生更便宜、更薄也更具可弯曲的电子组件,而这种技术已经运用在部分电子产品上,例如Sony在今年夏天推出的随身听与Microsoft近日推出的Zune HD音乐播放机,都配备了OLED显示器。

不过到目前为止,用有机材料所制造的电路只能允许一种类型(正或负)电荷通过;而美国华盛顿大学(University of Washington)最近发表的研究成果,则是让有机电子组件能同时传递正负电荷。

“有机半导体技术发展20年来的一个重大障碍,是很难让电子通过。”华盛顿大学化工系教授Samson Jenekhe表示:“现在已有聚合物半导体能同时传递正负电荷,并因此拓展了可用的解决方案;这将会改变我们制造各种东西的方式。”

与Jenekhe一同发表上述成果的,还包括研究所学生Felix Kim、Xugang Guo,以及肯塔基大学(Mark Watson)副教授Mark Watson;该研究是由美国国家科学基金会(NSF)、美国能源部以及福特基金会(Ford Foundation)所赞助。

Jenekhe表示,美国硅谷(Silicon Valley)之所以命名为“硅”,是因为这种材料目前是电子产业的基石;但是硅价格昂贵,需要搭配高成本的制造技术,其刚性晶体(rigid crystal)结构也让t产出组件无法挠曲弯折。

约在30年前,科学家就已发现有某些塑料或是聚合物能导电;而从那时候起,研究人员就致力使那些材料更具效益。现在,有机电子或是以碳为基础的电子组件已经可以用在笔记本电脑、车用音响以及MP3播放机等产品上。

但现今的有机半导体最主要的缺点,就是主要只能传递负电荷──又称空穴(hole),因为负电荷的移动范围实际上是缺少电子的地方;在最近十年,有少数新开发的有机电子材料则是只能传递正电荷(电子)。

因此可用的有机电路制造方法,其实是紧密地将两层复杂的电路图案迭在一起;其中一层传递电子,另一层传递空穴。“因为目前的有机半导体有这样的限制,要运用就得想办法进行补偿,也导致各种复杂的制程与困难。”Jenekhe表示。

Jenekhe的实验室在可传递电子的有机半导体技术上已有超过十年的经验;近年其研究团队开发了一种具备施体(donor)与受体(acceptor)的聚合物,并仔细地调整了这两个部份的强度。他们并与Watson的实验室合作开发出了一种能同时传递正负电荷的有机分子。

“我们的研究成果是不再需要使用两种不同的有机半导体;”Jenekhe表示:“只要用一种材料就能制造电路。”这种新材料能简化有机晶体管以及其它数据处理装置的制造,采用类似现在非有机电子的制造方法。

据了解,该研究团队已经使用新材料,透过与硅晶体管相同的设计模式制造出有机晶体管,且产出成果能同时让正负电荷快速通过。Jenekhe并表示,他们的成果是目前单元素有机聚合物半导体中表现最好的,电子移动速度比其它聚合物晶体管快了5~8倍。

此外他们所制造的、一组包含2个以上整合组件的电路,所产生的电压增益(voltage gain)也比现有聚合物电路的表现高了2~5倍。“我们期望这个解决方案能被人们采用,并且也将相关技术分享大众。”Jenekhe表示。(编辑:逍遥)