喷墨打印机或将在未来实现微芯片打印

时间:2018年02月07日 16:43

不同于传统的硅,新的电路将由有机物,也就是碳基化合物制成。尽管此前已经有团队结合喷墨打印机和其他沉积方法,打印并组装出有机电子元件,但这项新的研究整个制造过程都只使用了喷墨打印机。“我不知道还有其他超过两层的设备是只靠喷墨打印机完成的,”得克萨斯奥斯汀大学分校电子工程师Ananth Dodabalapur表示,“这是一次很好的示范。”他本人并未参与这个研究。

 

研究者用喷墨打印机每次打印出一层3微米高的电路:在底层,他们用有机化合物制成电流进出一只晶体管的部分,紧接着是控制两个晶体管中电流的金属电极。最上面,则是构成另一个晶体管载流部件的有机化合物。研究者还在晶体管层之间放置了一层很薄的聚对二甲苯保护材料。此设备包含超过100个晶体管,足以构成具备一定运算能力(包括加和减)的逻辑电路。

 

Jung的设备达到了一些关键指标。在8个月之后,所有晶体管依然能工作。对于寿命很短的有机电子元件来说,这是一项令人印象深刻的成就。此外,相比于动辄几百度高温的硅晶片生产线,此流程对温度的要求不超过120摄氏度。该团队将此研究发表在了ACS Nano期刊上。

 

然而,这些打印出的设备还远远不能与硅材料竞争。该团队能将五只晶体管装入一平方毫米的空间里,然而如今计算机上的集成电路能在相同空间中塞入数百万只晶体管。“在晶体管密度方面,我们的技术和上世纪六七十年代的硅晶体技术差不多,那时最早的微处理器也才刚刚出世。”Jung说道。

因为他们旨在阐述一种概念而非制造产品原型,Jung的团队是在硬玻璃上打印的电路。但是他表示他们已经在柔软的塑料上打印了相同的组件,并且将在近期对外公布结果。Dodabalapur也指出,从某些指标看,此新设备落后于其他研究者已实现的有机电路。例如,该团队使用的计算逻辑类型比其他方法需要更多的晶体管,这就大幅抵消了更紧密地封装组件的收益。并且晶体管的操作也相对缓慢,一致性也不高。此外,尽管在制造过程中对每个步骤都使用喷墨打印机是有可能实现的,但Dodabalapur表示:“把自己局限到一种打印和制造技术上,我没看到任何优势。”

 

但是当产品转向商业化的时候,这类的缺陷可能会被消除,PARC的柔性电子元件专家Janos Veres表示。他称赞这项研究在打印和保护有机电路组件时所展示的新颖方式,并且他设想的未来传感器并不仅仅包含两层。但大多数的晶体管,也许需要和硅芯片以及其他技术协同工作。他表示:“最终我们一定能实现微芯片的打印。”

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