【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】近年來，瞬態(tài)電子學(xué)愈發(fā)受到關(guān)注。瞬態(tài)電子器件能夠在完成預(yù)設(shè)的特定功能后自行降解于環(huán)境中，從而避免處理、回收電子廢棄物所帶來的困難以及處理不當(dāng)所導(dǎo)致的環(huán)境污染。盡管目前利用轉(zhuǎn)印法在水溶性襯底上制備瞬態(tài)電子器件是可行的，然而這一方法產(chǎn)率較低，電路復(fù)雜度有限，也難以大規(guī)模制備。
 

　　近日，北京大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院電子學(xué)系、納米器件物理與化學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室胡又凡研究員課題組，以碳納米管網(wǎng)絡(luò)薄膜作為溝道材料，通過轉(zhuǎn)移加工技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了晶圓規(guī)模、可在環(huán)境中自行降解、具有高產(chǎn)率和高均一性的電子元器件和集成電路，并且在一個(gè)人造生態(tài)系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了對(duì)環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測(cè)和自行降解。
 

　　a-d分別為：器件的晶圓尺寸加工；加工所得到的器件性能高度均一性；器件產(chǎn)率的空間分布；不同芯片的器件產(chǎn)率統(tǒng)計(jì)情況

 

　　課題組充分利用碳管低溫工藝的優(yōu)勢(shì)，在環(huán)境可降解的柔性基底上構(gòu)建基本電子元器件和集成電路，解決轉(zhuǎn)印技術(shù)產(chǎn)率低的問題：一方面，器件在加工完成后轉(zhuǎn)印到目標(biāo)水溶性襯底的成功率高達(dá)100%；另一方面，能夠正常工作的器件在所有器件中的平均比例達(dá)到96.6%。此外，制備得到的器件具有超高的均一性，晶體管閾值電壓和反相器轉(zhuǎn)變電壓的標(biāo)準(zhǔn)差分別為55mV和60mV?；诟呔恍缘奶脊芫w管制備出可實(shí)現(xiàn)軌對(duì)軌輸出的基本邏輯門(反相器、與非門、或非門)和基本運(yùn)算單元(半加器)。他們?cè)谝粋€(gè)生態(tài)箱中對(duì)植物表面附近的溫度和紫外光強(qiáng)度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)完成后，整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)在人造雨的作用下能夠自行降解。
 

　　a-c分別為：位于植物葉片上的傳感系統(tǒng)；傳感系統(tǒng)對(duì)于環(huán)境中光強(qiáng)和溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；傳感系統(tǒng)在人造雨環(huán)境中的降解

 

　　在國(guó)家自然科學(xué)基金和國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等支持下，上述成果以“Wafer-scale high-yield manufacturing of degradable electronics for environmental monitoring(用于環(huán)境監(jiān)測(cè)的晶圓尺寸可降解電子器件的高產(chǎn)率制造)”為題，在線發(fā)表于《先進(jìn)功能材料》(Advanced Functional Materials, 2019, 1905518,DOI: 10.1002/adfm.201905518)。電子學(xué)系2015級(jí)博士生向立為作者，胡又凡為通訊作者。這一系列成果充分展示了碳納米管在高均一性、高產(chǎn)率、可環(huán)境降解的瞬態(tài)電路中的巨大優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用前景，有望用于構(gòu)建下一代環(huán)境監(jiān)測(cè)平臺(tái)，并對(duì)物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來起到巨大推動(dòng)作用。