发表于2017年12月5日，格林尼治标准时间 21:00
图片由德克萨斯大学奥斯汀分校的Saungeun Park和Deji Akinwande提供
聚合物涂层纸质基材上的石墨烯场效应晶体管
以纸张为基材的电子产品最初局限用于印刷有机电子产品。虽然它在商品的应用中很有前景，比如包装标签和玩具，但是有机半导体的速度并不适合于大部分的射频应用。这些纸基电子设备迄今不适用的应用就包括了通过蓝牙频段来连接云端的物联网（the Internet of Things, IoT）、智能传感器和其他的智能应用。
德克萨斯大学奥斯汀分校（the University of Texas at Austin, UT-Austin）的研究者们在本周的国际电子器件会议（the International Electron Devices Meeting, IEDM）做了关于石墨烯和二硫化钼（MoS2）的报告，这些材料具有非凡的导电性，能够使纸基电子设备达到适用于物联网和智能传感器应用所要求的频率。研究人员声称这项工作代表着我们首次在纸质基材上展示出高性能的二维晶体管。
尽管在过去纸质材料已被用于印刷有机电子产品，但在传统上，人们在制造纸时并没有考虑到要将其应用于电子产品。因此，普通的办公用纸不适用于制造高性能的晶体管。
为了解决这个主要的问题，德州大学奥斯汀分校的研究者们在Deji Akinwande的领导下，首先必须解决纸张表面粗糙的问题，因为粗糙的表面对电流不利。
Akinwande以及他的同事Saungeun Park所要克服的另一个问题就是纸张的高度吸水性。标准的电子器件制造过程需要用到水和化学物质，这种吸水性使得人们无法将纸张用于电子器件的制造。
应用纸质材料的另一个挑战就是纸张在高温环境下的易燃性，这对最大化处理和工作温度施加了限制。
“经过大量的研究，我们能够用一个解决办法来处理这些问题，我们在纸张的表面包裹上一层聚合物薄膜，” Akinwande说道。“有了这层包膜，纸张会变得非常光滑，不再吸收水和化学物质，并且耐受温度会提高一些，从而能够承受器件的制造过程。”
纸张被认为是制造电子设备最便宜的基材，大约比塑料便宜10-100倍，而且比半导体基材便宜得多。然而，石墨烯和二硫化钼却依旧相对昂贵，这是纸质电子材料成本的主要瓶颈。
虽然随着制造技术的改进，石墨烯和其他相关二维材料的价格有望降低，但Akinwande承认它们依旧不会和纸一样便宜。“纸基二维技术可能最适用于那些功能和表现比单独考虑成本更重要的应用，”他补充道。
现在，德州大学奥斯汀分校的研究人员们已经展示了高速的简单晶体管设备。下一步要实现更复杂的电路，比如在纸上构建无线电系统。 Akinwande相信这将是实现系统级应用的重要进展，能够推动实验室研究的商业化。
据Akinwande所说，为了使技术达到商业化水平，我们将需要采用一些制造方法来实现大规模的卷对卷制造过程。这包括了用于制造小器件的纳米压印技术，用于质量控制的在线计量，二维材料的卷对卷生产和随后的塑料转印。
“在世界范围内，所有的这些制作工艺要么已经成熟要么就处在研究开发的高级阶段，” Akinwande说。“实际上在德州大学奥斯汀分校，我们就有一个纳米制造中心（NASCENT）专注于新型纳米技术（比如柔性或纸质的电子器件）的规模化。”
翻译：林志鹏
审校：郭晓
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