5-2 柔性集成电路在线视频

将集成电路柔性化

一直是我们的梦想

集成电路的核心是半导体材料

基于半导体材料的特性

我们可以分为

有机半导体和无机半导体

有机半导体它具备天然的柔性

因此可以利用有机半导体制备出

我们所需要的集成电路的

一些基本单元

随后构成我们所需要的集成电路

针对无机半导体

由于无机半导体本身的特性

它是脆的

而且是硬的

所以我们要通过一些特殊的设计

使得无机半导体器件来实现柔性

下面我先给大家介绍一下

柔性有机集成电路

柔性有机集成电路的基本单元是

场效应晶体管

我们利用有机半导体的特点

可以制备出场效应晶体管

它具有 输入阻抗高

噪声小

抗辐射 功耗低

重量轻

制造工艺简单 这些特点

但是它也受到 电子迁移速率 的限制

使得它在高频工作阶段会遇到

一些瓶颈

有机场效应管

它的衬底沟道和绝缘层

均为有机材料

所以这导致它在整体结构上具备

天然的柔性

经过世界各地不同科学家的努力

在有机电子器件方面取得了很多

大量的成果

在1986年

日本研究人员第1次用半导体聚合物

作为沟道制备了

有机场效应晶体管

在2014年通过打印技术制备了

大面积高性能的有机场效应晶体管

在2017年韩国研究人员发展了

一种在柔性衬底上制备三维

有机场效应管的制备方法

在未来的话

有机电子依然是我们重要的

发展方向

我们可以持续去改进相关的材料

和制备工艺

使得柔性有机电子真正朝着

柔性集成电路的方向发展

并达到相应的高性能

我们针对无机半导体器件来实现

柔性化

我们不得不思考几个问题

我们目前所使用的手机

电脑里面用到的芯片大部分是

基于硅材料所做成的各种

集成电路

但是这些无机的半导体材料具备

一个共性

就是它特别脆

特别硬

从材料的层次上

我们无法去实现它的柔性

所以如果我们要使基于无机

半导体材料做成的器件来实现

柔性化

我们要通过结构的设计去实现

基于这一思路

实际上科学家们经过了很多的探索

在2000年初

伊利诺依大学（UIUC）Rogers教授的团队

率先针对硅纳米条带

进行了柔性化的尝试

通过力学的原理将硅纳米条带

变成波浪状

这样

材料自己本身依然是一个脆性的

但是这种波浪状的结构却具备了

柔性和可拉伸特性

这就构成了我们对柔性无机集成电路

进行柔性化的一个基本的思路

基于这一思路

我们可以基于CMOS工艺

对硅基的半导体器件进行

相应的柔性化

在08年 Rogers教授团队

再次通过预应变控制

在传统的硅基CMOS集成电路

工艺基础上

制备出了可拉伸硅基CMOS集成电路

在硅晶圆片上制备出相应的功能单元

利用转印技术

将功能单元进行剥离

印制到柔性的衬底上

从而来实现无机集成电路的

柔性化

当然

这只是从原理上去展示出利用了

CMOS工艺

将集成电路柔性化

但是它在结构的可靠性

在整体性能方面还有极大的提升

通过这样一个基本原理给我们

提供了一个新的思路

我们可以不去改变

传统

无机集成电路 中间的 半导体材料的特性

而是从结构的角度去来实现

整体器件的柔性化和可拉伸化

在2012年IMEC团队

将芯片集成在柔性的基底上

通过结构的设计

实现了柔性可拉伸的集成系统

这方法的基本原理

是首先衬底是一个柔性的材料

可以把基于我们CMOS工艺做出的

不同功能单元

集成印制到柔性的衬底上

在每一个功能的单元之间

通过可拉伸的弹性互连进行连接

从而构成整个结构

是可拉伸

可变形

可弯曲

但是这对其中的每一个单元

依然是保持原有的特性

这一方法的好处

是可以尽量保持现有器件

功能的稳定性

在结构上来实现整体的可变形

可拉伸的柔性

我们可以看出

基于硅基的无机集成电路

在性能上具备天然的优势

而且现在工艺非常成熟

如果我们能把这样成熟的工艺和

柔性技术相结合起来

我们就可以实现同时兼备柔性和

高性能的柔性器件

基于这一想法

科学家们继续努力

通过结构设计的方式来实现

集成电路的柔性化

在2014年

西北大学的Rogers教授

将传感器、不同的芯片集中在

柔性的衬底上

通过结构的设计

和对芯片的应变隔离保护

来实现了整体微系统的可延展柔性化

这一方法的话

可以把现有的商业芯片集成到

柔性的衬底上

来实现整体结构的柔性化

因此这一方法意味着可以利用

现有的技术和现有的芯片去快速组建

一个柔性的微系统

清华大学柔性电子技术研究团队

一直致力于将无机集成电路

柔性化

发展了相应的结构设计方法

使得在电路上做不同的结构设计

使得不同的无机集成器件可以与

柔性的基底进行连接

实现结构的整体柔性化

同时也对硅基的集成电路进行

减薄处理

再和结构的柔性设计相结合

来实现芯片的柔性化

基于这一方法的话

目前也推出了几款不同的

柔性芯片

比如柔性功放芯片

柔性存储芯片

存储芯片和基于SOC技术的

柔性蓝牙芯片

柔性集成电路是柔性电子技术的核心

集成电路的柔性化意味着我所有的

信息处理系统

可以实现真正的柔性化

这将会极大的加速柔性电子技术

推广和应用