新方法製造基於二硫化鉬的高性能柔性電子產品

現在，斯坦福大學的研究人員已經想到了一種可以生產基於二硫化鉬 (MoS2) 的高性能柔性電子產品的製造方法。

Flextronics是flexible electronics的衍生詞，是指包括有源和無源設備及其載體（類似於 PCB）的柔性電子產品是一個有吸引力且熱門的興趣領域，特別是在可穿戴設備甚至一些物聯網應用領域。然而，開發具有卓越靈活性和堅固性以及足夠電子性能的載體和元件是一個挑戰。

到目前為止，主要的工程障礙是要有薄到幾乎不可能實現的設備：要形成這樣一個柔性塑膠基板所需要的熱量要高於基板的承受力。這些柔性材料會在生產過程中被高溫熔化和分解。

現在，斯坦福大學的研究人員想到了一種製造方法，可以生產出長度小於 100 納米的原子級薄電晶體，它比傳統方法製造的電晶體小了幾倍。他們的解決方案看起來有些反常：他們按照一系列步驟執行該過程，從塗有玻璃的剛性矽基板開始。

具有觸點的 2D 單層的轉移過程：（a）在 SiO2/Si 上由聚醯亞胺（PI）覆蓋的 MoS2 和圖案化金屬的光學圖像。 (b) 轉移過程示意圖：具有嵌入金屬觸點和單層過渡金屬二硫屬元素化物 (TMD) 的 PI 從剛性生長基底釋放。 (c) 轉移後柔性 PI 的光學圖像。 (d) 的光學顯微鏡圖像，轉移後的 SiO2/Si 生長襯底（具有裸露的 SiO2 表面，其中 MoS2 先前已被 PI 覆蓋）。 (e) 轉移後具有觸點和未圖案化 MoS2 的 PI 膜，以及 (f) 在 SiO2/Si（頂部）和 PI（底部）上與圖案化 MoS2 接觸。

接下來，他們使用化學氣相沉積 (CVD) 技術形成二維半導體二硫化鉬的原子薄膜，每一次塗一層原子。然後用小的納米級有圖案的金電極覆蓋它。雖然由此產生的薄膜只有三個原子厚，但它仍然需要在溫度高達 850°C 的環境下才能工作。傳統的聚醯亞胺柔性基板在 360°C 左右失去形狀，並在更高的溫度下完全分解。

首先在剛性矽上，會形成這些關鍵部件，並讓它們冷卻。斯坦福大學的研究人員開始著手應用於柔性材料。在去離子水中進行基本浴後，他們將整個裝置堆疊剝離但不會損壞設備，然後將其完全轉移到柔性聚醯亞胺上。再加上一些額外的製造步驟就完成了這個過程。

“最終，整個結構只有 5 微米厚，包括柔性聚醯亞胺，”電氣工程教授（兼專案負責人）Eric Pop 評論道，該技術由 Pop 實驗室的博士後學者 Alwin Daus 開發。

通過這個方法生產的柔性場效應電晶體 (FET) 的性能比以前使用原子級薄半導體生產的任何產品都要高出數倍，這裡，“更高的性能”意味著高電流容量和低功耗操作。他們進行了廣泛的電氣性能測試。

具有過渡金屬二硫屬化物的柔性場效應電晶體 (FET)：(a) 橫截面示意圖。 具有 (b) WSe2（A 型）的 FET 的光學顯微鏡圖像； (c) MoSe2（A 型）和（d）MoS2（B 型），比例尺：50 μm。 (e), (h), WSe2 (Type A), (f), (i), MoSe2 (Type A) 和 (g), (j), MoS2 (Type B) 的測量傳輸和輸出特性。（柵極電流或 IG 通常可以忽略不計，但對於某些器件，它可以限制開/關比。）

當然，這個過程產生的基於二硫化鉬的柔性電子產品比這個簡短的描述所暗示的要複雜和微妙得多。完整的細節在他們發表在“自然電子學”上的論文“基於過渡金屬二硫屬化物的高性能柔性納米級電晶體”中。

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