分享

突破:柔性电子再发展

 q1338 2019-01-03

柔性电子可概括为是将有机/无机材料电子器件制作在柔性/可延性塑料或薄金属基板上的新兴电子技术,现处于刚起步阶段,所以又可称为塑料电子(PlasticElectronics)、印刷电子(PrintedElectronics)、有机电子(OrganicElectronics)、聚合体电子(PolymerElectronics)等。

柔性以其独特的柔性/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、薄膜太阳能电池、射频识别(RFID)技术、柔性传感、电致变色、PCB电路等。柔性电子制造的关键包括制造工艺、基板和材料等,


突破:柔性电子再发展


柔性电子技术是一场全新的电子技术革命,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而获得2000年诺贝尔化学奖。

目前电子器件制造的主流技术—硅基半导体微电子技术在制造过程中用到的设备相当庞大,且制造工业链耗资巨大。由此而产生出柔性电子的概念,希望能用印刷的方式来替代或者胜任传统电子器件不能达到的领域。柔性电子和传统半导体器件有着很多不同之处:

1、应用方向: 柔性电子具有良好的柔韧性、延展性、可自由弯曲甚至折叠,而且结构形式灵活多样,可根据需求任意布置等特点,完全可以胜任传统的硬式基材所不能达到的方面。

2、制作成本:传统硅基半导体制作一般都是采用光刻技术,这种属于减材制造,在原有的大块材料中去除不需要的材料,这样会造成95%以上的浪费,而采用印刷方式,特别是喷墨打印,是属于增材制造,按需喷墨,材料的浪费率还不到10%,从长期发展角度来看,印刷方式会比采用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。

3、投资成本:传统的硅基半导体厂建生产线光起始资金就要数十亿甚至上百亿,但柔性电子采用印刷的方式只要投资数千万就可把基本的规模建立起来。


突破:柔性电子再发展



柔性电子有很多分类,但其基本结构都差不多,只是每一层采用的材料不同,所得到的器件也不同,以最常用的电子元器件-晶体管为例:


突破:柔性电子再发展


1、柔性基底

柔性基底是柔性电子不同于传统电子最为突出的地方,它不但具有传统刚性基底的特点:绝缘性、廉价性、高强度,而且还有其自身独有的特性:柔韧性、薄膜性、易变形等。对于不同的柔性电子器件采用不同的柔性基底来适应不同的材料和不同的应用场景,常见的柔性基底有:聚乙烯醇( P V A ) 、聚酯 ( P E T ) 、聚酰亚胺 ( P I ) 、聚萘二甲酯乙二醇酯( P E N ) 、纸片、纺织材料等。

2、导电层

在柔性基底上印刷金属材料,以形成一个完整的电路,这对于柔性电子来说,如何能降低该步骤的成本是一个长期的研发工作,目前常用的方式是采用丝网印刷的方式制作的导电薄膜(ITO),该方式得到的导电薄膜具有良好的导电性和透明性;真空蒸镀的方式一般用于源漏电极的制作;喷墨打印是一种相对简单、廉价的方式,也是一种刚起步的技术。

3、介电层

介电层的作用是为了隔绝上下层的导电,对于大多数器件来说,这一层的好坏决定了器件的好坏,该层的重要性就不言而喻了。对于结构来说,介电层一般都在导电层和半导体层中间,起着承上启下的作用。

4、半导体层

半导体层采用的是有机半导体材料,我们知道,电子的定向运动形成电流,电子在材料中运动的难易程度决定该材料的导电性能,半导体材料的导电性能介于导体材料和绝缘材料之间,并且可以通过掺入杂质来改变其导电性能,其结构稳定,拥有卓越的电学特性,而且成本低廉,该材料的突破让人造皮肤、智能绷带、柔性显示屏、智能挡风玻璃、可穿戴的电子设备和电子墙纸等变成现实。

5、封装层

封装层的主要作用是保护柔性电路不受尘埃、潮气、摩擦或者化学材料的侵蚀,同时要能承受长期的弯曲、折叠,因而要求封装层材料具有良好的可塑性、黏附性、可拉伸折叠等的特性,同时还得满足无气泡的要求。

柔性电子技术目前还处于研发阶段,还需要大量的研究,就像微电子技术的起步阶段一样,将会呈现出指数型的发展,在不久的将来,会给我们带来各种柔性电子产品,改善我们的生活,我相信柔性电子将会极大地改变我们的世界!

    本站是提供个人知识管理的网络存储空间,所有内容均由用户发布,不代表本站观点。请注意甄别内容中的联系方式、诱导购买等信息,谨防诈骗。如发现有害或侵权内容,请点击一键举报。
    转藏 分享 献花(0

    0条评论

    发表

    请遵守用户 评论公约

    类似文章 更多