如何使用硅晶和氧化鋅來制造半導(dǎo)體納米線，并將其印刷在軟性基板上

英國的研究人員展示了一種干式接觸印刷系統(tǒng)，能將多個硅納米線移植于軟性的大型基板上，從而開發(fā)出能夠有效控制其電子特性的高性能超薄電子層。這為大規(guī)模使用軟性和可彎曲的電子產(chǎn)品開啟了新機(jī)會，包括物聯(lián)網(wǎng)(IoT)和智能城市等應(yīng)用。

英國格拉斯哥大學(xué)(University of Glasgow)教授Ravinder Dahiya在接受《EE Times》采訪時(shí)指出，“單晶硅是一種硬脆的材料，一旦將它彎曲，就會裂開。因此，我們開發(fā)了一種新的客制、閉路接觸式印刷系統(tǒng)，能夠印刷多個100納米(nm)硅納米線接腳，在軟性基板上形成電子層。這種電子材料能直接接觸基板，因此是干式印刷而非濕式印刷。我們可以實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)量的一致納米線，在較大面積上產(chǎn)生均勻的響應(yīng)?！?/p>

這項(xiàng)研究由Ravinder Dahiya主導(dǎo)的可彎曲電子與感測技術(shù)(Bendable Electronics and Sensing Technologies；BEST)研究小組進(jìn)行，最新成果就發(fā)表在《微系統(tǒng)和納米工程》(Microsystems and Nanoengineering)期刊。這一團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開發(fā)出許多創(chuàng)新技術(shù)，包括太陽能發(fā)電的軟性“電子皮膚”，可用于打造義肢，以及可伸縮的健康傳感器，用于監(jiān)測用戶汗水的pH值。

將硅納米線用于大面積電子產(chǎn)品的一大挑戰(zhàn)在于實(shí)現(xiàn)均勻的組件響應(yīng)。較小尺寸的納米線也增加了與整合有關(guān)的難度，特別是在非傳統(tǒng)軟性基板上打造大型電子產(chǎn)品。這些問題都需要新的方法來合成具有均勻長寬比的半導(dǎo)體納米線，并以由其制成的電子層組合對準(zhǔn)的納米線，從而在大面積上打造出具有均勻響應(yīng)的組件。

在其研究論文中，研究人員介紹如何使用硅晶和氧化鋅來制造半導(dǎo)體納米線，并將其印刷在軟性基板上，用于開發(fā)電子組件和電路。在此過程中，他們發(fā)現(xiàn)這種方式能夠產(chǎn)生均勻的硅納米線——這些硅納米線均以相同的方向排列，而不是像類似的氧化鋅工藝一樣隨機(jī)的樹枝狀排列。

文中還描述了這種接觸式印刷方法，包括如何從對齊的納米線獲得這種電子層，以及使用整體納米線組合來開發(fā)組件。相較于基于單納米線的組件，統(tǒng)計(jì)上來看，納米線組合的尺寸變化更少得多，因此，基于多納米線的組件在大面積上較具有可接受的響應(yīng)均勻度。

該研究團(tuán)隊(duì)還進(jìn)行了一連串的實(shí)驗(yàn)，使用他們在實(shí)驗(yàn)室中開發(fā)和制造的印刷組件，將導(dǎo)線印刷到軟性的表面上。經(jīng)過一連串的實(shí)驗(yàn)后，他們成功地找到壓力和速度的最佳組合，能夠有效地一次又一次地印刷納米線。

Dahiya教授補(bǔ)充說：“這篇論文象征著邁向新一代軟性和印刷電子產(chǎn)品的重要里程碑。為了讓未來的電子設(shè)備融合更多的靈活性于其設(shè)計(jì)中，業(yè)界需要更節(jié)能高效的電子組件，使其能更經(jīng)濟(jì)實(shí)惠地在較大表面積上進(jìn)行生產(chǎn)?！?/p>

“隨著這一發(fā)展，我們已經(jīng)走了很長一段路才達(dá)到這樣的成果?！盌ahiya說：“這種接觸式印刷系統(tǒng)讓我們能夠可靠地制造具有高可重復(fù)性的軟性電子組件，并朝著創(chuàng)造各種可彎曲、軟性且可扭曲的新設(shè)備邁出令人振奮的一步?！?/p>