前言:半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)過去發(fā)展迅速,不但制程日新月異,產(chǎn)量也隨之飛漲。但是這些基于傳統(tǒng)硅芯片的技術(shù)有其極限,為了符合更多的功能需求,芯片架構(gòu)越來越復(fù)雜,加上為了有效提升產(chǎn)量,因此導(dǎo)入新的制程也成了不得不為的趨勢,但制程改進的成本非常龐大,芯片產(chǎn)量雖然增加了,但是成本未必較低,加上數(shù)字產(chǎn)品價格不升反跌,更是壓縮的半導(dǎo)體廠商的利潤空間,因此研發(fā)與生產(chǎn)成本也越來越難以回收。低成本是塑料芯片的最大優(yōu)勢過去硅之所
前言:半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)過去發(fā)展迅速,不但制程日新月異,產(chǎn)量也隨之飛漲。但是這些基于傳統(tǒng)硅芯片的技術(shù)有其極限,為了符合更多的功能需求,芯片架構(gòu)越來越復(fù)雜,加上為了有效提升產(chǎn)量,因此導(dǎo)入新的制程也成了不得不為的趨勢,但制程改進的成本非常龐大,芯片產(chǎn)量雖然增加了,但是成本未必較低,加上數(shù)字產(chǎn)品價格不升反跌,更是壓縮的半導(dǎo)體廠商的利潤空間,因此研發(fā)與生產(chǎn)成本也越來越難以回收。
低成本是塑料芯片的最大優(yōu)勢
過去硅之所以能夠長期成為
電子材料領(lǐng)域的佼佼者,是由于硅在物理特性上具有獨特的優(yōu)勢,采用硅制造的電子組件和芯片在速度、精密性或?qū)щ娦砸h比目前已知的材質(zhì)來得具有優(yōu)勢,硅芯片的
電流能以每伏
1000cm2/s的高速度在電路之間快速傳輸,不過在目前的生產(chǎn)制程條件下,硅的生產(chǎn)成本十分昂貴,尤其是那些對成本比較敏感的消費電子產(chǎn)品中,芯片的成本比例往往是最高的。與硅芯片相比,塑料芯片價格則非常低廉,僅為硅芯片價格的 1%~10%,因此極具市場競爭力。
過去塑料只是做為半導(dǎo)體芯片的載體,這些產(chǎn)品的核心依然是以硅材質(zhì)制作而成的,就過去的應(yīng)用來說,硅芯片的地位幾乎無可取代,但隨著時間過去,這樣的慣例似乎已經(jīng)發(fā)生了變化,在上個世紀(jì)70年代,就已經(jīng)有科學(xué)家研究出以有機聚合物制成導(dǎo)體的技術(shù)。
嚴(yán)格意義上上來說,塑料芯片并不算一種新事物,其實早在
2003年這個時候就有相關(guān)的報導(dǎo)。當(dāng)時飛利浦(Philips)公司的研究人員舍棄了傳統(tǒng)的硅材料,改用塑料材質(zhì)的半導(dǎo)體,制造出郵票大小的屏幕,這種顯示屏幕僅有3.5平方公分,包含4096點像素,能以每秒100次的速度更新畫面。在此同時,英國劍橋的風(fēng)險投資公司創(chuàng)辦的PlasticLogic公司也開發(fā)出了以塑料為原料的微芯片,具備了主動式顯示特征,并且規(guī)劃將在2008年正式投產(chǎn)以其為基礎(chǔ)的有機主動式顯示技術(shù)(OTFT),基礎(chǔ)塑料基板的材質(zhì)是聚乙烯對苯二甲酸酯(polyethy-lene terephthalate;
PET),跟用來裝飲料的PET寶特瓶同材質(zhì)。
應(yīng)用于塑料電子的材料技術(shù)
在電子裝置里的導(dǎo)電塑料有2大類,第一類是有機小分子,這種材質(zhì)的塑料是由五個苯環(huán)排成一直線所組成的并五苯(pentacene);另外1種則是屬于長鏈狀的共軛聚合物分子,這種材質(zhì)是由成百上千個碳原子串成的。「共軛」的意思是指長鏈里的碳原子是由雙鍵及單鍵交替連結(jié)的。苯環(huán)可以看成是由6個這種碳原子所組成的短鏈,它們的單雙鍵交替,并且頭尾相連形成一個封閉循環(huán),不過對這些分子來說,這種單雙鍵交替的圖像并不是最精確的。有些雙鍵里的電子四處游移,由許多原子所共有,而非停留在兩個原子間的特定一根鍵上。
塑料基本上是聚合物,就好像珍珠項鏈一般具有長鏈而且以固定的單元不斷重復(fù)的結(jié)構(gòu),當(dāng)它要變得能導(dǎo)電時就必須能模擬金屬的行為,亦即電子必須能不受原子的束縛而能自由移動,要達到此目的的第一個條件就是這個聚合物應(yīng)該具有交錯的單鍵與雙鍵,亦稱為共軛的雙鍵,透過乙炔所聚合而得的聚乙炔即具有這樣的結(jié)構(gòu)。
這種不受局限的行為和金屬以及半導(dǎo)體中所發(fā)生的類似,游移電子只能在具有特定能量的狀態(tài)上存在,這些能量形成帶狀,只能擺進一定數(shù)量的電子,填有電子而能量最高的能帶稱為價帶,相鄰的更高能帶稱為導(dǎo)帶。
并五苯之類的小分子在純態(tài)時可以導(dǎo)電,而且它們可以直接做成
晶體或薄膜供各種裝置使用。相比之下,單純的長鏈聚合物通常是很差的導(dǎo)體,因為它們的價帶之中填滿了電子,電流無法順利流動。能帶中的每個電子都無處可去,因為沒有空的狀態(tài)可以去,導(dǎo)帶里的空間則由于能量太高而無法利用。