高产率的瞬态电子器件研究方面取得重要进展

　　【仪表网 仪表研发】近年来，瞬态电子学愈发受到关注。瞬态电子器件能够在完成预设的特定功能后自行降解于环境中，从而避免处理、回收电子废弃物所带来的困难以及处理不当所导致的环境污染。尽管目前利用转印法在水溶性衬底上制备瞬态电子器件是可行的，然而这一方法产率较低，电路复杂度有限，也难以大规模制备。
 

　　近日，北京大学信息科学技术学院电子学系、纳米器件物理与化学教育部重点实验室胡又凡研究员课题组，以碳纳米管网络薄膜作为沟道材料，通过转移加工技术，实现了晶圆规模、可在环境中自行降解、具有高产率和高均一性的电子元器件和集成电路，并且在一个人造生态系统中，实现了对环境参数的监测和自行降解。
 

　　a-d分别为：器件的晶圆尺寸加工；加工所得到的器件性能高度均一性；器件产率的空间分布；不同芯片的器件产率统计情况

 

　　课题组充分利用碳管低温工艺的优势，在环境可降解的柔性基底上构建基本电子元器件和集成电路，解决转印技术产率低的问题：一方面，器件在加工完成后转印到目标水溶性衬底的成功率高达100%；另一方面，能够正常工作的器件在所有器件中的平均比例达到96.6%。此外，制备得到的器件具有超高的均一性，晶体管阈值电压和反相器转变电压的标准差分别为55mV和60mV。基于高均一性的碳管晶体管制备出可实现轨对轨输出的基本逻辑门(反相器、与非门、或非门)和基本运算单元(半加器)。他们在一个生态箱中对植物表面附近的温度和紫外光强度进行实时监测，监测完成后，整个检测系统在人造雨的作用下能够自行降解。
 

　　a-c分别为：位于植物叶片上的传感系统；传感系统对于环境中光强和温度进行实时监测；传感系统在人造雨环境中的降解

 

　　在国家自然科学基金和国家重点研发计划等支持下，上述成果以“Wafer-scale high-yield manufacturing of degradable electronics for environmental monitoring(用于环境监测的晶圆尺寸可降解电子器件的高产率制造)”为题，在线发表于《先进功能材料》(Advanced Functional Materials, 2019, 1905518,DOI: 10.1002/adfm.201905518)。电子学系2015级博士生向立为作者，胡又凡为通讯作者。这一系列成果充分展示了碳纳米管在高均一性、高产率、可环境降解的瞬态电路中的巨大优势和应用前景，有望用于构建下一代环境监测平台，并对物联网时代的到来起到巨大推动作用。