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软性电子的转折点即将来临

如果我们能掌握机遇、克服仅存的挑战,软性电子技术可望在接下来五年迎接最令人兴奋的进展!

软性电子是藉由在软性基板上添加适当的材料层来制作,相较于矽晶片制程,所需步骤较少,温度也低得多;软性电子的主诉求是成本比目前的电子元件低许多倍,此外我们也能将各种应用直接整合在任何一种材料中,而且是以任何形状。

如果我们成功了,将掀起一场新革命──我们能把所有的物品变得智慧化;而从笔者从实验室所看到的,相关技术进展快速、方向也正确。而我认为软性电子目前得克服的主要挑战,是如何扩展初生技术,赋予其更多内涵,同时更具能源效益;我们知道这在理论上是可行的,但还需要有耐心地探索与微调。

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让电晶体更小、电路更密集

目前为止只证实了最多能内含几千个电晶体的少数电路,仍在软性电子的「摩尔定律」(Moore's Law)起点,而且应该要能进展到每平方公分1万甚至100万个电晶体,而且成本只要1美分。这样的密度才能让事情开始变得有趣,才能开始打造强大、创新的应用。


对于功耗有更好的掌控

目前拥有的软性电子最佳材料,是n型薄膜半导体;这种能传导电子的材料可让电流在源极与汲极之间流动,但不同于矽晶片的CMOS技术,我们尚未有相对的p型材料,能抵销并阻挡数位电路中的电流。


开发新的制造技术与工具

大规模软性电子量产是显示器制造商的天下,这些厂商的生产设备能制作出微米等级的特征尺寸,如果我们想把电晶体做得更小、电路更密集,我们需要达到次微米等级的特征尺寸,因此会需要开发新一代的工具与生产线,设备制造商与制造业者需要加快速度。


以下有三种软性电子有助于开发的项目:


高密度显示器:可应用在能弯折、卷起的表面,眼镜…甚至是隐形眼镜;高品质的AR/VR体验会需要更小、排列更紧密的画素,比我们目前所生产的密度再高一个量级。

医疗保健用可穿戴装置或贴片:能接触皮肤、量测人体的生理参数;例如能持续监测伤口愈合、不会干扰病患日常生活的贴片。长期来看,那些装置甚至可能取代智慧手表。


内建储存、感测与资料处理功能的标签:想像我们能设计一种可贴在蔬果、食品包装上检测食物品质的标签,你会需要一颗能量测多种参数的感测器,甚至需要具备一些化学处理功能;此外你也会需要感测器电路以及电池,在标签不在天线范围内的时候支援资料分析。这种装置可能会是物品级(item-level)物联网的开始。


编译:Judith Cheng


参考原文:Flex Electronics Approach an Inflection,by Kris Myny;本文作者为比利时研究机构Imec的研发团队成员,专攻薄膜电晶体电路,最近被列为比利时50大科技菁英之一


(本文来自EET 电子工程专辑)


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标签:   软性电子 电晶体 软性基板