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物理電子學研究所胡又凡研究員-彭練矛教授課題組在超薄柔性電子器件研究中取得重要進展

發佈時間:2018-10-16

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隨着消費電子的蓬勃發展,可穿戴電子設備的形態愈加多樣化和人性化。超薄的柔性電子器件由於可與人體組織器官共形接觸,提供更加友好的人機交互方式,受到學術界和產業界的廣泛關注。這類器件的厚度一般只有微米量級,在加工過程中須黏附於剛性基板(爲器件提供臨時支撐)之上,但將器件從剛性基板上剝離,卻易受到應力損傷。因此,高效且無損地實現柔性電子器件與剛性支撐基板之間的快速分離,是大面積製備高性能超薄柔性電子器件的關鍵工藝。

近日,博狗体育在线&物理電子學研究所、納米器件物理與化學教育部重點實驗室胡又凡研究員-彭練矛教授課題組在相關研究中取得重要進展。他們利用毛細力輔助的電化學分層工藝,實現了從硅片上無損、高效地剝離超薄的柔性器件,避免了柔性電子器件加工過程的應力損傷,並可保證超薄電子器件的製備具有100%的成功率。

課題組利用高導電性的硅片作爲支撐基板,在硅片表面製備出超薄的柔性聚合物襯底,於其上完成電路和功能元件的流片加工及必要封裝。在剝離柔性器件的關鍵工藝中,引入電化學反應,使導電硅片邊緣接觸氯化鈉(NaCl)電解質溶液,並在導電硅與電解質溶液之間施加電壓;硅片的邊緣在電壓作用下發生陽極反應,導致硅片與柔性器件之間產生狹縫;狹縫引發毛細現象,吸引電解質溶液沿硅片表面攀升,最終使得柔性電子器件與硅片輕柔地分開。這種毛細力輔助的電化學分層工藝操作簡單,剝離速度快,無需昂貴的激光器等設備;與此同時,還可以保證柔細電子器件表面乾燥、清潔,避免腐蝕劑的沾污。更重要的是,這種分層工藝不引入應力損傷,具有100%的成功率,適用於Parylene聚對二甲苯)、PMMA聚甲基丙烯酸甲酯;課題組成功剝離襯底上的器件,整體厚度不足200 nm)、PI聚酰亞胺)和SEBS(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物)等多種柔性聚合物襯底的剝離。利用這一毛細力輔助的電化學分層工藝,課題組在超薄襯底上實現了高性能的碳納米管晶體管陣列,以及信號放大電路、CMOS(互補金屬氧化物半導體)環形振盪電路等較複雜的柔性碳基集成電路,從而驗證了這一工藝的廣泛適用性。

這一研究使得超薄柔性電子器件的製備工藝擺脫應力損傷等困擾,降低了超薄柔性器件的加工難度,大大提升了超薄柔性電子器件的成品率,對實現超薄柔性電子器件的性能提升和規模集成具有重要的意義。201810月初,相關工作以《利用毛細力輔助的電化學分層工藝實現超薄柔性電子系統的晶圓級加工》(Wafer-scale fabrication of ultrathin flexible electronic systems via capillary-assisted electrochemical delamination)爲題,發表於材料學領域重要期刊《先進材料》(Advanced Materials)(DOI: 10.1002/adma.201805408);信息學院博士研究生張恆爲第一作者,胡又凡研究員與彭練矛教授爲通訊作者。

上述研究工作得到家自然科學基金、國家重點研發計劃等支持。

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