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研究人员将CMOS电路和柔性基板结合打造“柔性芯片”

时间：2008-12-01 06:33:34

关键字： CMOS 基板电路芯片

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[导读]传统的硅电路虽然速度飞快，但是因为CMOS晶圆制程的温度很高，所以不能放置在软性聚合物基板上。市面上虽有能将电子元件以低温印刷到软性基板上的硅墨水以及有机电路，但速度总是比不上CMOS。现在，有研究人员声称解

传统的硅电路虽然速度飞快，但是因为CMOS晶圆制程的温度很高，所以不能放置在软性聚合物基板上。市面上虽有能将电子元件以低温印刷到软性基板上的硅墨水以及有机电路，但速度总是比不上CMOS。现在，有研究人员声称解决了这个问题，发明了一种能结合CMOS电路与软性基板的方法。

“我们使用一种软性、可延展的聚合物做为基板，而这种电子元件本身是采用传统硅制程技术制造的。”美国西北大学(Northwestern University)教授Yonggang Huang表示：“我们使用硅晶圆制造该元件，然后将电路搬到软性聚合物基板上。”

透过使用一片在传统晶圆厂生产的施体(donor)绝缘上覆硅(SOI)晶圆，研究人员将CMOS电路的速度与软性聚合物基板合而为一。由于该施体晶圆表面上有厚厚的绝缘二氧化硅涂布，因此所产生的电路可以被移开，然后下面的晶圆片则可重复使用多次(直到上面的二氧化硅涂布用罄)。

“一开始，我们的硅元件是在一个二氧化硅牺牲层(sacrificial layer)上蚀刻形成，因此我们能将电路移到聚合物基板上。”Huang解释。如果只是这样，脆弱的硅电路在软性基板变形时，就会断裂损毁；但研究人员表示他们已经透过一个两步骤的转移程序，解决了以上问题。

首先，他们预先将基板收缩、露出导线，然后将整个基板用柔软的透明塑胶包起来。“个中诀窍是我们先拉长聚合物基板，然后把电路从施体晶圆上转移过来。”Huang解释：“接下来我们把基板拉力放松，硅岛状物 (silicon islands)之间的金属导线就会浮出基板表面；最后我们用表面涂布物将电路封装保护起来。”

研究人员声称，用这种方法所产出的软性电路速度就跟传统CMOS元件一样快，而且柔软度甚至比在聚合物基板上以硅墨水印刷或有机材料制造的软性电子元件更高。其高可挠性来自使用一种非常柔软的聚合物，不仅可以像一般印刷电路那样弯折，还能扭转并延长40%。这种可拉长可扭转的特性将是在可穿戴电子设备应用上的关键。

到目前为止，研究人员已尝试采用这种技术，透过利用通道长度13微米的n与p型电晶体产出一个环形振荡器(ring oscillator)。该团队并表示，这种技术还可用在感测器、发射器、光电电池，以及医疗应用的微流体元件(microfluidic devices)上。