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【评论】柔性电子制造:学科交叉与交叉学科

已有 8308 次阅读 2009-6-28 16:53 |系统分类:科研笔记| 多学科, 交叉学科, 聚合物, 高分子, 柔性电子

         在人们的印象中,有机材料,如塑料等,都是很好的绝缘体,很少有人会想到塑料也能导电。然而,现代化学的发展使得公众对有机导体这个名词开始关注起来。不过自从进入有机电子领域之后,发现了广阔的天空,真正的一个交叉学科,柔性电子制造的关键包括制造工艺、基板和材料等,其核心是微纳米图案化(Micro- and Nanopatterning)制造,涉及机械、材料、物理、化学、电子等多学科交叉研究。以前写申请书,总希望表达一种交叉学科的概念,经常说涉及材料力学、多体力学、机械、控制等,其实自己也觉得有些牵强,这些学科本身并无太多界定,在国外往往也是糅杂在一起的。

        近年来,由于对导电高分子的研究有了新突破,有机材料从传统的绝缘体变成可导电的半导体,柔性电子(Flexible Electronics)便应运而生。柔性电子技术有可能带来一场电子技术革命,引起全世界的广泛关注并得到了迅速发展。美国《科学》杂志将有机电子技术进展列为2000年世界十大科技成果之一,与人类基因组草图、科隆技术等重大发现并列。美国科学家艾伦黑格、艾伦•马克迪尔米德和日本科学家白川英树由于他们在导电聚合物领域的开创性工作获得2000年诺贝尔化学奖。柔性电子是一种技术的通称,目前由于处于起步阶段而称谓不一,又称为塑料电子(Plastic Electronics)、印刷电子(Printed Electronics)、有机电子(Organic Electronics),聚合体电子(Polymer Electronics)等,目前还没有统一明确的定义,可概括为将有机/无机材料电子器件制作在柔性/可延性塑料和薄金属基板上的新兴电子技术,以其独特的柔性/延展性以及高效、低成本制造工艺,在信息、能源、医疗、国防等领域具有广泛应用前景,如柔性电子显示器、有机发光二极管OLED、印刷RFID、薄膜太阳能电池板、电子报纸、电子皮肤/人工肌肉[1](如图1所示)。 与传统IC技术一样,制造工艺和装备也是柔性电子技术发展的主要驱动力。柔性电子制造技术水平指标包括芯片特征尺寸和基板面积大小,其关键是如何在更大幅面的基板上以更低的成本制造出特征尺寸更小的柔性电子器件。

        目前电子产业基本上都是属于传统的半导体产业,制造用到的设备相当庞大,且费用高昂,制造效率低;整个柔性电子的概念是希望能够把传统半导体产品、组件及线路用印刷的方式来替代。主要从三方面来看柔性电子与传统电子电路不同之处:(1)应用前景,一旦将很柔软的基材应用在设计方面或把线路做成无形的或可折迭的东西,那就跟传统的硬式基材有很大的不同;(2)制造成本,采用卷到卷印刷工艺,并且在材料的使用上也可避免像光刻技术浪费95%以上材料的问题,而采用印刷方式印制上去的面积则等同于使用的面积,其使用率在90% 以上,以长期发展角度来看,印刷方式会比传统光刻技术的成本低很多;硅CMOS晶元一般造价为10$/cm2,复合半导体甚至更贵,柔性电子实现的理想造价为0.1$/cm2,从造价就可以看出柔性电子的巨大优势[1]。(3)投资角度,传统的半导体厂动不动就要数十亿甚至上百亿的投资,但印刷的方式就像传统的印刷只要投资数千万就可把基本的规模建立起来。要强调的是印刷所要用的油墨跟传统的印刷不一样,需要特别研制,开发初期成本由于量少也比较高,但批量生产后成本就会变得较低廉了。

        同时,柔性电子整合电子电路、电子组件、材料、平面显示、纳米技术等领域技术外,同时横跨半导体、封测、材料、化工、印刷电路板、显示面板等产业,可协助传统产业,如塑料、印刷、化工、金属材料等产业的转型,提升产业附加价值,因此柔性电子技术将为产业结构和人类生活带来革命性的变化。

        人们有理由相信:随着有机电子学研究的深入,有机电子器件制备工艺的完善,一个新的时代——有机电子时代必将到来。

        了解有机电子,可以看看:一次偶然开启了有机电子之门有机电子学

不过这方面的文章也比较多。



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