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[分享] 基于碳化硅的监测危险环境的柔性电子器件

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发表于 2020-6-10 18:15:19 | 显示全部楼层 |阅读模式
  软光刻和印刷技术的最新进展促进了可拉伸和可弯曲电子产品的开发方面巨大发展,相对传统硬质的平台提供了更多的新的令人兴奋的功能性。一系列的柔性应用已经从基础研究转变为商业化产品,包括可弯折显示器,用于跟踪生物数据的智能手表和可穿戴的紫外剂量计。尽管有机材料和导电高分子提供了内在可弯折的特性,但是大多数的商业化的器件还是基于传统的无机半导体材料,这些材料可以从硬质的基底转印到柔性模板上。使用无机半导体材料,例如硅和三价氮,可以充分地利用他们的先进的制造技术和物理性能。

   典型的柔性应用正常会在室温到150℃下运转。最近的研究表明,一些器件需要在更宽的温度范围内运转。这个明显的可以在空间站中使用,其温度范围在-250℃-400℃。NASA已经参与开发和部署一系列结构,包括在此温度范围内的气球,太阳帆,太空望远镜和基于膜的合成孔径雷达。为了开发这每一项应用,薄的,低质量的和大面积的结构是必要的组成部分。另外,将这些结构与传感器结合在一起是很重要的。此外,考虑到向太空发射每毫克的成本都至关重要。因此,在轻巧,灵活的平台上安装电子设备可以简化安装并显著减少发射费用。除了高温,化学/机械腐蚀以及高辐射也是可以影响柔性电子器件的危险因素。著名的例子就是在极端的条件下,如深海探测或者水下环境监测系统,这里的高浓度盐水会使器件的性能快速衰减。结果,也需要开发一系列可以在极端条件下工作的器件。
   主流的柔性无机器件主要是基于硅薄膜的。然而,由于快速水解特性,硅基电子在水下环境下长时间工作会逐渐衰减。另外,在高温下,内部载流子的热激发远动会使硅基器件不再可靠。碳化硅具有极好的物理性能而出现,可以在极端环境下被应用于晶体管,压力传感器,光探测器。但是,这些器件都是基于硬质基底的。碳化硅的柔性器件还很少被报道。

   澳大利亚格里菲斯大学的研究人员展示了一种柔软,薄的聚酰亚胺衬底上的超薄碳化硅(SiC)纳米膜,它是利用SiC材料的电稳定性和化学惰性,在恶劣环境下工作的柔性电子产品。SiC纳米膜的低机械弯曲刚度与微厚聚酰亚胺的固有柔软性相结合,可实现出色的柔韧性。作为概念验证,还展示了聚酰亚胺上的Al掺杂SiC膜作为温度传感器,该膜可以在400°C以上的温度下工作,这是迄今为止基于宽带隙材料的柔性电子产品所报道的最高工作温度。
   主流的柔性无机器件主要是基于硅薄膜的。然而,由于快速水解特性,硅基电子在水下环境下长时间工作会逐渐衰减。另外,在高温下,内部载流子的热激发远动会使硅基器件不再可靠。碳化硅具有极好的物理性能而出现,可以在极端环境下被应用于晶体管,压力传感器,光探测器。但是,这些器件都是基于硬质基底的。碳化硅的柔性器件还很少被报道。

   澳大利亚格里菲斯大学的研究人员展示了一种柔软,薄的聚酰亚胺衬底上的超薄碳化硅(SiC)纳米膜,它是利用SiC材料的电稳定性和化学惰性,在恶劣环境下工作的柔性电子产品。SiC纳米膜的低机械弯曲刚度与微厚聚酰亚胺的固有柔软性相结合,可实现出色的柔韧性。作为概念验证,还展示了聚酰亚胺上的Al掺杂SiC膜作为温度传感器,该膜可以在400°C以上的温度下工作,这是迄今为止基于宽带隙材料的柔性电子产品所报道的最高工作温度

微信图片_20200610181243.png
图1.组装过程的示意图
微信图片_20200610181247.png
图2. 组装器件的扫描电镜图
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