用可印刷有機(jī)半導(dǎo)體油墨來替換傳統(tǒng)硅的時(shí)候到了嗎？薩里大學(xué)的科學(xué)家認(rèn)為是的，特別是對(duì)于需要靈活、輕便、可穿戴和低成本的未來電子產(chǎn)品來講。
單晶半導(dǎo)體，例如硅，作為電子設(shè)備的主干已經(jīng)處于科研興趣前沿70多年。無機(jī)單晶體通常在非常高的溫度下在填充有惰性氣體的特殊腔體中，使用耗時(shí)且耗能的方法由熔體生長而成。一類稱為有機(jī)半導(dǎo)體的新型結(jié)晶材料也可以作為單晶生長，但其生長方式非常不同，即在空氣中室溫條件下使用基于溶液的方法，從而打開大規(guī)模生產(chǎn)廉價(jià)電子器件的可能性，瞄準(zhǔn)場效應(yīng)晶體管、發(fā)光二極管到醫(yī)療ｘ射線檢測器、微型激光器等許多應(yīng)用。
來自英國薩里大學(xué)和國家物理實(shí)驗(yàn)室的研究團(tuán)隊(duì)在自熱通訊上發(fā)表了新研究成果，首次展示了用于制造高質(zhì)量、離析有機(jī)單晶的低成本、可擴(kuò)展的噴印工藝。該方法適用于各種各樣的半導(dǎo)體小分子。這些小分子可以溶解在溶劑中以制備半導(dǎo)體油墨，然后沉積在幾乎任何基材上。重點(diǎn)是該方法結(jié)合抗溶劑結(jié)晶和溶液應(yīng)力的優(yōu)點(diǎn)。然后通過調(diào)整噴霧角和到基底的距離控制噴霧液滴對(duì)抗溶劑表面的沖擊，從而控制晶體的尺寸，形狀和取向。通過組合應(yīng)用多種表征技術(shù)，包括偏振光學(xué)、掃描電子顯微鏡、ｘ射線衍射、偏振拉曼光譜和場效應(yīng)晶體管測試證實(shí)，這些晶體具有較高的結(jié)構(gòu)質(zhì)量。
這些研究對(duì)柔性電路、先進(jìn)的光電探測器陣列、化學(xué)和生物傳感器、機(jī)器人皮膚拉伸傳感器、ｘ射線醫(yī)療檢測器、發(fā)光晶體管和二極管以及微型激光器使用的印刷電子技術(shù)應(yīng)用具有直接影響。
薩里大學(xué)高級(jí)技術(shù)研究所、該研究的主要作者M(jìn)axim Shkunov博士說：這種方法是制造有機(jī)半導(dǎo)體單晶并控制其形狀和尺寸的有力的新方法。如果我們看硅，它需要幾乎15000℃來生長半導(dǎo)體級(jí)晶體，而鋼湯匙將在這個(gè)溫度下融化。制取僅１公斤硅會(huì)花費(fèi)非常高額的電費(fèi)，與超過2天不間斷加熱一個(gè)茶壺的費(fèi)用一樣。然后，還需要將這些硅割、拋光制成晶片，我們可以用一個(gè)更簡單的方式，完全在室溫下用一個(gè)5英鎊的藝術(shù)家噴霧刷制備單晶。有了這些基于碳原子的新型有機(jī)半導(dǎo)體，我們可以將有機(jī)油墨噴涂到任何東西上，并使我們的設(shè)備立即獲得合適尺寸的晶體。
Maxim Shkunov博士繼續(xù)說：訣竅是用非溶劑覆蓋表面，使半導(dǎo)體分子漂浮在頂部，并自組裝成高度有序的晶體。我們也可以通過使用發(fā)光分子擊敗硅來制造激光器，或者你不能用傳統(tǒng)的硅實(shí)現(xiàn)的器件。這種分子晶體生長方法為可印刷有機(jī)電子產(chǎn)品開啟了神奇的能力。
