新方法制造基于二硫化钼的高性能柔性电子产品

现在，斯坦福大学的研究人员已经想到了一种可以生产基于二硫化钼 (MoS₂) 的高性能柔性电子产品的制造方法。

Flextronics是flexible electronics的衍生词，是指包括有源和无源设备及其载体（类似于 PCB）的柔性电子产品是一个有吸引力且热门的兴趣领域，特别是在可穿戴设备甚至一些物联网应用领域。然而，开发具有卓越灵活性和坚固性以及足够电子性能的载体和组件是一个挑战。

到目前为止，主要的工程障碍是要有薄到几乎不可能实现的设备：要形成这样一个柔性塑料基板所需要的热量要高于基板的承受力。这些柔性材料会在生产过程中被高温熔化和分解。

现在，斯坦福大学的研究人员想到了一种制造方法，可以生产出长度小于 100 纳米的原子级薄晶体管，它比传统方法制造的晶体管小了几倍。他们的解决方案看起来有些反常：他们按照一系列步骤执行该过程，从涂有玻璃的刚性硅基板开始。

具有触点的 2D 单层的转移过程：（a）在 SiO₂/Si 上由聚酰亚胺（PI）覆盖的 MoS₂ 和图案化金属的光学图像。 (b) 转移过程示意图：具有嵌入金属触点和单层过渡金属二硫属元素化物 (TMD) 的 PI 从刚性生长基底释放。 (c) 转移后柔性 PI 的光学图像。 (d) 的光学显微镜图像，转移后的 SiO₂/Si 生长衬底（具有裸露的 SiO₂ 表面，其中 MoS₂ 先前已被 PI 覆盖）。 (e) 转移后具有触点和未图案化 MoS₂ 的 PI 膜，以及 (f) 在 SiO₂/Si（顶部）和 PI（底部）上与图案化 MoS₂ 接触。

接下来，他们使用化学气相沉积 (CVD) 技术形成二维半导体二硫化钼的原子薄膜，每一次涂一层原子。然后用小的纳米级有图案的金电极覆盖它。虽然由此产生的薄膜只有三个原子厚，但它仍然需要在温度高达 850°C 的环境下才能工作。传统的聚酰亚胺柔性基板在 360°C 左右失去形状，并在更高的温度下完全分解。

首先在刚性硅上，会形成这些关键部件，并让它们冷却。斯坦福大学的研究人员开始着手应用于柔性材料。在去离子水中进行基本浴后，他们将整个设备堆栈剥离但不会损坏设备，然后将其完全转移到柔性聚酰亚胺上。再加上一些额外的制造步骤就完成了这个过程。

“最终，整个结构只有 5 微米厚，包括柔性聚酰亚胺，”电气工程教授（兼项目负责人）Eric Pop 评论道，该技术由 Pop 实验室的博士后学者 Alwin Daus 开发。

通过这个方法生产的柔性场效应晶体管 (FET) 的性能比以前使用原子级薄半导体生产的任何产品都要高出数倍，这里，“更高的性能”意味着高电流容量和低功耗操作。他们进行了广泛的电气性能测试。

具有过渡金属二硫属化物的柔性场效应晶体管 (FET)：(a) 横截面示意图。 具有 (b) WSe₂（A 型）的 FET 的光学显微镜图像； (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) 的测量传输和输出特性。（栅极电流或 IG 通常可以忽略不计，但对于某些器件，它可以限制开/关比。）

当然，这个过程产生的基于二硫化钼的柔性电子产品比这个简短的描述所暗示的要复杂和微妙得多。完整的细节在他们发表在“自然电子学”上的论文“基于过渡金属二硫属化物的高性能柔性纳米级晶体管”中。

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