研究人員研發(fā)了一種用于場效應(yīng)晶體管（field-effect transistors，F(xiàn)ETs）的高性能超薄聚合絕緣體。他們用汽化單體在多種表面成功制備出聚合膜，比如塑料，這些普適的絕緣體為將來在電子設(shè)備上的應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。

該原理圖展示了如何利用化學(xué)氣相沉積（iCVD）技術(shù)制備pV3D3聚合膜：（i）引入汽化單體和引發(fā)劑，（ii）激活的引發(fā)劑受熱分解成自由基，（iii ）單體和引發(fā)劑自由基被吸附到一個基底上，（iv）聚合自由基轉(zhuǎn)化成pV3D3薄膜。（圖片來源： KAIST）

來自韓國科學(xué)技術(shù)學(xué)院（Korea Advanced Institute of Science and Technology，KAIST）的團隊研發(fā)了一種用于場效應(yīng)晶體管的高性能超薄聚合絕緣體。他們用汽化單體在多種表面成功制備出聚合膜，比如塑料，這些普適的絕緣體為將來在電子設(shè)備上的應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。這項研究結(jié)果在線發(fā)表于3月9日的《自然·材料》（Nature Materials）雜志上。

我們?nèi)粘Ｉ钍褂玫默F(xiàn)代電子設(shè)備中，從手機、電腦到平板顯示器，場效應(yīng)晶體管無處不在。除了三個電極（柵極（gate），源極（source）和漏極（drain））外，場效應(yīng)管還包括一個絕緣層和一個半導(dǎo)體溝道層組成。場效應(yīng)管內(nèi)的絕緣層能有效控制半導(dǎo)體溝道的導(dǎo)電率，從而控制晶體管內(nèi)的電流。為了使場效應(yīng)管低功率穩(wěn)定運行，應(yīng)用超薄的絕緣層十分重要。因為氧化物和氮化物等無機材料具有卓越的絕緣性和可靠性，絕緣層通常是由此類無機材料在硅和玻璃等硬質(zhì)表面制成。

然而，由于這些絕緣層的高硬度和高制備過程溫度，它們很難用于柔性電子設(shè)備。近年來，大量科研人員把聚合物作為前景樂觀的絕緣材料去研究，以適用柔性非傳統(tǒng)基底和新興的半導(dǎo)體材料。然而，傳統(tǒng)技術(shù)制備的聚合物絕緣體在極小厚度的表面覆蓋仍不足，阻礙了應(yīng)用聚合物絕緣體的場效應(yīng)管在低電壓狀態(tài)下運行。

一個由韓國科學(xué)技術(shù)院（KAIST）生化工程系的Sung Gap教授和電子工程系的Seunghyup Yoo、Byung Jin Cho教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團隊研發(fā)出了一種有機聚合物組成的絕緣層“pV3D3”。此絕緣層是利用名為“化學(xué)氣相沉降（iCVD）”的全干氣相技術(shù)制成，可使它在不失去完美絕緣特性的情況下，厚度足以縮小到10納米（nm）之內(nèi)。

iCVD過程是讓氣狀單體和引發(fā)劑在低真空中相互接觸，最終沉積在基底上的共形聚合膜具有良好的絕緣性能。iCVD與傳統(tǒng)技術(shù)不一樣的是，十分均勻且純凈的超薄聚合膜在一大片實際上沒有表層或底層限制的區(qū)域生成，與表面張力有關(guān)的問題便得以解決。并且大部分iCVD聚合物在室溫下生成，減少了對基底施加的張力和產(chǎn)生的損害。

科研團隊通過使用pV3D3絕緣層，研發(fā)出了利用多種半導(dǎo)體材料如有機物、石墨烯和氧化物的低功率、高性能的場效應(yīng)管，證明了pV3D3對多種材料的廣泛適用性。他們還用常規(guī)的包裝膠帶作為基底，制造出了一種粘貼性的、可移除的電子元件。在與韓國東國大學(xué)（Dongguk University）的Yong-Young Noh教授的合作中，科研團隊成功地結(jié)合pV3D3絕緣層在一個大規(guī)模的柔性底層上開發(fā)出了一種晶體管陣列。

Im教授說：“用iCVD技術(shù)制得的pV3D3所具有的小尺寸和廣泛適用性對聚合絕緣體來說是史無前例的。即使我們的iCVD pV3D3聚合膜的厚度減小到10納米之內(nèi)，它展現(xiàn)出的絕緣性仍比得上無機絕緣層。我們期待這項進展能極大地有益于柔性電子器件的研發(fā)，這將會對可穿戴計算機等新興電子設(shè)備的成功起到關(guān)鍵作用?！?/p>