研究人员已经开发出新方法制造用于高级电路的柔性半导体

能隙作为半导体材料的本征特性之一，源自于材料内稳定的周期性晶体势场。当晶体的晶格受到应变而发生畸变时，原本稳定的周期性晶体场会发生改变，材料的能隙也会发生相应的变化。可以通过对材料的物理参数和几何参数进行设计来改变其能带结构并调控材料的能隙大小，以优化半导体的电学、光学等方面的性质，从而获得性能更加优越的新器件材料。

随着新材料的发现和制造技术的发展，半导体器件正在从刚性衬底转向可拉伸性能更好的塑料甚至纸基衬底。这种柔性趋势带来了很多新型有源器件，例如从发光二极管到太阳能电池和晶体管等。

一直以来，对半导体材料施加应力的方式主要通过外延来实现，即利用生长材料与基底的晶格不匹配所导致的位错获得本征内应力。这种方法简单且易于实现，但是所得到的应力不存在梯度分布因而应力大小方向无法改变。在需要对半导体材料的导电性能进行调节的情况下，这种方法受到限制。因此，需要一种能够调节导电性能的柔性半导体结构。

可穿戴技术，是智能电子设备(带有微控制器的电子设备)，可穿戴在皮肤附近和/或皮肤表面上，在其中检测，分析和传输信息与例如生命体征等身体信号和/或环境数据有关，并且在某些情况下可以使生物立即反馈给穿戴者。活动跟踪器之类的可穿戴设备是物联网的一个示例，因为诸如电子、软件、传感器和连接之类的“事物” 是使对象能够通过互联网与对象交换数据(包括数据质量)的效应器。制造商、操作员和/或其他连接的设备，而无需人工干预。可穿戴技术的应用领域随着领域本身的发展而增长。随着智能手表和活动跟踪器的普及，它在消费电子产品中显得尤为突出。除了商业用途，可穿戴技术还被整合到导航系统，高级纺织品和医疗保健中。

柔性半导体对于未来的可穿戴电子技术至关重要，但一直难以集成到复杂的架构中。现在，在最近发表在Advanced Electronic Materials上的一项研究中，来自日本的研究人员已经开发出一种直接的方法来制造用于高级电路的高质量软半导体。

现代集成电路技术依赖于称为互补金属氧化物半导体(CMOS) 电路的基本元件。硅是大多数现代 CMOS 技术的半导体组件。然而，由于未来的 CMOS 电路必须(例如)塑造成身体的形状或集成到衣服中，因此许多工作都集中在开发柔软、灵活、基于聚合物的半导体上。

必须克服几个技术挑战才能将此类半导体，尤其是电子流动的 n 型半导体集成到 CMOS 电路中。例如，准备高质量的逐层结构——对 CMOS 器件功能很重要——往往相当缓慢且具有挑战性。解决这些挑战是奈良科学技术研究所 (NAIST) 的研究人员试图解决的问题。

“理想情况下，人们能够将聚合物薄膜沉积到液体基材上，以便于转移到任何其他基材上，”主要作者 Manish Pandey 解释说。“与传统的溶液处理相比，我们的策略可以更好地控制由此产生的半导体薄膜形态，这对电性能至关重要。”

这项工作是基于单向浮膜转移。通过使用不溶解聚合物的液体基材，可以以形成一维漂浮聚合物膜的方式将溶剂溶解的聚合物滴加到基材上。在溶剂蒸发后，聚合物分子垂直于薄膜的长度方向取向。这种分子形态优化了聚合物薄膜的电性能。一旦薄膜凝固，就可以轻松地将其转移到另一个基板上——例如，用于逐层沉积。

“我们准备了一个几乎没有阈值电压的 n 沟道晶体管，这对于保持电源效率很重要，”资深作者 Masakazu Nakamura 说。“通过使用我们的方法，准备 n 沟道和 p 沟道晶体管并将其集成到一个基于柔性半导体的设备中应该很简单。”

这项工作成功地以一种廉价且易于复制的方式制备了基于聚合物的一维半导体薄膜。NAIST 研究人员的聚合物薄膜组装方法将有助于推进柔性电子产品的前景，并有助于在即将推出的可穿戴 CMOS 技术中寻找硅的替代品。