夹层半导体可以实现弹性集成电子器件

真正的弹性电子系统的出现存在着一个障碍，这种系统是先进的人机界面、人造皮肤、智能医疗保健等所需的系统，但宾夕法尼亚州立大学领导的研究小组可能已经找到了一种方法来绕过它。

宾夕法尼亚州立大学工程科学与力学和生物医学工程系的 Dorothy Quiggle 职业发展副教授、首席研究员 Cunjian Yu 表示，全弹性电子系统要求每个组件都具有灵活性和可拉伸性。研究人员已经在大多数组件中实现了这一特性，除了一种众所周知的易碎半导体。现在，余和他的国际团队开发了一种方法来补偿脆弱且易碎的半导体，以推动该领域更接近完全灵活的系统。

他们在 《自然电子》杂志上发表了他们的研究成果。

“这种技术需要有弹性的半导体，这是实现集成电路所需的核心材料，而集成电路对于我们的计算机、手机等产品的技术至关重要，但这些半导体主要是 p 型的，”于说，指的是主要通过带正电的可移动孔导电的材料。“然而，互补的集成电子、光电子、pn 结器件和许多其他器件 - 也需要 n 型半导体。”

N型半导体主要通过携带电荷的负电子来导电，与p型半导体结合，它们可以充当开关，电流沿一个方向流动。Yu 表示，它们通常是刚性的，需要采取某些策略使它们更具机械弹性，以实现完全可拉伸的 n 型半导体晶体管和电路。

为了解决这个问题，研究人员将 n 型半导体夹在两种称为弹性体的橡胶材料之间，弹性体是可以拉伸并恢复到原始形状的聚合物。

Yu 说：“我们发现堆叠结构提高了机械拉伸性，并抑制了本质上脆的 n 型半导体中微裂纹的形成和传播。”他解释说，微裂纹是 n 型半导体拉伸时出现的微小结构缺陷。它们会降低电气性能并导致机械故障。

Yu 表示，该团队对堆栈进行了一系列压力和稳定性测试，并出色地通过了所有测试。他们还使用该堆栈来制造弹性晶体管和集成电子系统。

“即使在任一方向拉伸 50%，弹性晶体管仍能保持较高的器件性能，”Yu 说。“这些设备还在周围环境中表现出了超过 100 天的长期稳定运行。”

Yu 表示，周围环境中的稳定性特别有用，因为 n 型半导体在暴露于氧气和湿气时会降低效率。半导体夹在弹性体之间，有效地密封元件。

于说，接下来，团队将继续致力于提高堆叠材料的性能并优化层配置，以进一步降低微裂纹的密度。

“现在我们有了弹性 n 型半导体，我们很快就会拥有弹性橡胶集成电路，”Yu 说。“这不是很令人兴奋吗?”