近日, 北京大學資訊科學技術學院, 納米器件物理與化學教育部重點實驗室胡又凡研究員與彭練矛教授課題組針對超薄柔性電子器件的研究取得重要進展. 他們利用碳納米管網路薄膜作為溝道材料, 在超薄柔性襯底上製備出高性能的CMOS電子器件, 並成功地將感測整合系統應用於人體資訊監測.
課題組充分利用碳納米管電子器件可低溫加工的優勢, 用金屬鈀和鈧作為電極接觸, 分別注入電子和空穴, 在超薄柔性基底上構建CMOS器件和電路, 克服了傳統矽基技術中柔性基底與高溫摻雜工藝不相容的問題. 在低溫條件下製備的CMOS器件性能對稱, 柔性基底上的最大跨導達到5.45 μS/μm, 為現有文獻報道的最優結果, 與相同材料在剛性基底上所得到的性能相當, 克服了一直以來存在的柔性基底加工環境對器件性能的限制. 他們還首次在超薄柔性基底上實現5 MHz的電路振蕩頻率, 進入射頻識別 (RFID) 技術的高頻工作範圍——對於實現未來無線數據通信和能量傳輸來說, 這是關鍵性的突破. 器件加工採用與傳統微電子工藝相容的光刻工藝, 從而保證了器件可規模製備. 與此同時, 課題組還在該超薄襯底上實現了碳管電路與濕度感測器的整合, 可原位對感測資訊進行數據處理. 整個感測系統的整體厚度僅為4 μm (不足髮絲的十分之一) , 可輕柔地貼敷在皮膚上, 實現對皮膚出汗狀況的監測.
這一研究充分體現出碳管電子器件在柔性電子學領域的獨特優勢和巨大應用潛力, 也揭示出基於碳管電子器件的柔性電子皮膚有望成為下一代可穿戴電子器件, 實現人體與數字世界的無縫交互. 2018年2月初, 相關工作以《超薄塑料薄膜上的高性能碳納米管互補電子器件和整合感測系統》 (High-performance carbon nanotube complementary electronics and integrated sensor systems on ultrathin plastic foil) 為題, 發表於材料學領域重要期刊《美國化學會▪納米》 (ACS Nano) (DOI: 10.1021/acsnano.7b09145) . 資訊學院博士研究生張恒為第一作者, 胡又凡研究員與彭練矛教授為通訊作者.
上述研究工作得到 '海外高層次人才引進計劃' , 國家自然科學基金, 國家重點研發計劃等支援.