科学家用纳米晶体制成低压柔韧电路

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一般的集成电路都是印在坚硬硅晶片上，但柔软灵活的电路用途更广。在电子产品无处不在的今天，柔韧性电子设备更符合大众需求，但要找到性能优良、成本低廉的材料，却是一大难题。据物理学家组织网11月26日报道，最近，美国宾夕法尼亚大学研究人员展示了一种硒化镉纳米晶体，能被“印”或“涂”在柔软塑料上，制成多种性能优良的电子设备。相关论文发表在最近的《自然·通讯》杂志上。

论文指导教授谢理·卡甘介绍，目前便携电脑及其他设备的显示器上用的是非晶体硅，根据硒化镉纳米晶体的性能标准，其运载电子的速度比非晶体硅要快22倍。除了速度快，硒化镉还有沉积温度上的优势：非晶体硅所需的工艺要在几百度的高温下操作，而硒化镉纳米晶体可以在室温下实现沉积和软化，使其能采用更灵活的塑料底片。此外，研究人员还选用了特殊的配合基，也就是从纳米晶体表面伸出来的化学链，能使电路被压入胶片时，提高其电导率。

“虽然人们对硒化镉电子传输的研究已经很多，但此前还无法利用它们的优良性能。”领导该研究的工程与应用科学学院材料科学与工程系博士生戴维·金说，“我们研究中的创新是用了新的配合基，能很容易地转移到柔韧塑料上，而其他配合基会让塑料融化。”

纳米晶体可分散在墨水状的液体中，因此可用多种沉积技术来制作电路，研究人员所用的是一种旋转喷涂法，通过离心力拉起表面的一层薄薄溶液。除此之外，通过浸渍、喷雾或喷墨打印的方式都可以。

制作工艺是先在柔软塑料上用影版印上底层的电极图案，划出线路区，再用影版界定出上层导电区，用黄金连成电路。此外还需加入绝缘的氧化铝层和30纳米的纳米晶体涂层，最后用影版沉积法在顶层做出电极，形成最终的电路。“制作复杂电路就像搭建多层建筑，黄金好比是楼梯，让电子可以在楼层之间运动。”卡甘说。

研究人员利用这种工艺制作了一个变极器、一个放大器和一个环形振荡器，并测试了纳米晶体在这3种电路中的性能。该工程学院电气与系统工程系博士生赖育明说：“变极器是构建更复杂电路的基本器件；放大器能在模拟电路中放大信号；环形振荡器能在数字电路的多阶段传播‘开’‘关’信号。”

“这些电路的操作电压都只有几伏特，如果你想用电池来驱动便携电子设备，它们必须是低压的，否则就不管用。”卡甘说，而这些镉硒化纳米晶体电路结合了柔韧性、相对简单的制作工艺和低能耗的优点，为生物医学和安全应用领域的新型设备、各种传感器及其他方面的应用铺平了道路。

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Flexible and low-voltage integrated circuits constructed from high-performance nanocrystal transistors

    Nature Communications
    3,
Article number:
    1216
    doi:10.1038/ncomms2218