Advanced Functional Materials:用于环境监测的晶圆尺寸可降解电子器件的高产率制造

近年来,瞬态电子学受到越来越广泛的关注。瞬态电子器件能够在其完成预设的特定功能后自行在环境中降解,从而避免了处理、回收电子废弃物带来的困难以及处理不当带来的环境污染问题。目前,利用转印法在水溶性的衬底上制备电子器件是一种制备瞬态电子器件的可行的方法。但是,这一方法的产率较低,因而电路的复杂度难以做到很高,也难以进行大面积的制备。

北京大学电子系胡又凡研究员课题组充分利用碳纳米管可进行低温工艺的优势,在环境可降解的柔性基底上构建了基本电子元器件和集成电路,解决了转印技术产率低的问题,并且在一个人造生态系统中实现了对于环境参数的监测和自行降解。该课题组的加工工艺具有超高的产率。一方面,器件在加工完成后转印到目标的水溶性衬底的成功率达到了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了96.6%。此外,制备得到的器件具有超高的均一性,晶体管的阈值电压和反相器的转变电压的标准差分别为55 mV和60 mV。该课题组以高均一性的碳纳米管晶体管为基础,制备出能够实现轨对轨输出的基本逻辑门(反相器、与非门、或非门)、基本运算单元(半加器)。在一个生态箱中实现了对植物表面附近的温度和紫外光强度的实时监测,并且在监测完成后,在人造雨的作用下能够自行降解。

这一系列成果充分展示了碳纳米管在高均一性、高产率的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的环境监测平台,并对物联网时代的到来起到巨大推动作用。上述工作以“Wafer‐Scale High‐Yield Manufacturing of Degradable Electronics for Environmental Monitoring”为题,在线发表于Advanced Functional Materials(DOI: 10.1002/adfm.201905518)上。