超薄纳米晶硅和微薄膜的低成本柔性电子器件
研究背景
近几十年来，柔性电子器件以各种形式展示了其功能，从而在各种电子系统中取得了创新的进展，如柔性显示器、医疗保健监测、电子皮肤传感器、可穿戴电子器件和植入式设备，这些都是以前无法用传统的基于刚性的电子器件展示的。由于柔性电子器件的发展，柔性电子器件的组成材料和制造技术经历了不断的改进，以便在大量机械变形的情况下保持其高电气性能。在各种电子材料中，具有高电性能的超薄半导体材料是主要考虑的对象，用各种方法(即自上而下和自下而上的方法)将这些材料变薄的努力有助于柔性电子产品的制造。
有源的、灵活的电子产品在很大程度上依赖于无机和有机半导体。对于这些无机材料，由于其基于沉积的制造工艺，其厚度的微调和制造的高可重复性也是可能的即使II-V 族化合物半导体材料如GaN、GaAs、InP和InSb表现出特殊的光电特性但主要用于生长这些材料的外延生长技术经常导致晶格失配或热膨胀系数失配。除了这些机械失配问题，它们的沉积方法还依赖于高真空设备，如分子束外延和金属有机化学气相沉积。相反，氧化物半导体，如Zno、IGO 和IGZO，需要一个相对简单的制造过程，但其电迁移率明显落后于无机半导体。
研究成果
超薄晶体硅由于其出色的电气和机械性能，被广泛用作高性能、灵活和可拉伸的电子器件的活性材料，从简单的无源和有源元件到复杂的集成电路。然而，与传统的基于硅片的设备相比，超薄晶体硅电子器件需要昂贵和相当复杂的制造工艺。尽管绝缘体上的硅片 (SOI)通常用于获得单层的晶体硅，但它们成本高且难以加工。因此，作为基于SOI晶圆的薄层的替代方案，韩国延世大学Ki Jun Yu和John A. Rogers教授等人提出了一种简单的转移方法，用于从单一的母晶圆上印刷厚度在 300 nm到13 μm之间的超薄多晶硅片，并且具有高面积密度 (>90%)。理论上讲，硅纳米/微膜可以一直产生到母片完全被消耗。此外，通过制造柔性太阳能电池和柔性 NMOS 晶体管阵列成功展示了硅膜的电子应用。相关研究以“Ultrathin Crystalline Silicon Nano and Micro Membranes with High Areal Density for Low-Cost Flexible Electronics”为题发表在Small期刊上。
总结与展望
在这篇文章中，作者介绍了一种以片状形式转移单晶硅纳米/微膜的新方法。这个过程可以在一个母片上重复多次，直到它被完全消耗掉，从而导致高成本效益。此外，厚度从300 nm到 13 μm，面积密度从74%到 90%的释放的SINMMS 可以为未来的应用而定制。对尺寸从5 mm x 5 mm到10 mm x 10 mm的片材进行了转移处理，以证明该方法在不同图案尺寸下的可扩展性。此外，释放出的 SiNMMS 被转移到具有合适胶层的各种柔性基材上，证明了该方法的广泛适用性。基于SNMMS的柔性太阳能电池和晶体管阵列成功地从单一的晶圆上制造出来，这些结果表明在新型柔性无机电子和不寻常的设备应用的研究领域有机会。
文献链接
Ultrathin Crystalline Silicon Nano and Micro Membranes with High Areal Density for Low-Cost Flexible Electronics
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