完全由納米晶制成的晶體管問世！

材料牛注：晶體管的制造過程一直都是非常復雜的，這也限制了晶體管的發展與應用。最近，賓夕法尼亞大學的工程師研發出了全新的晶體管制備方法，即將材料成分以液態的納米晶“墨水”的形式依次沉積，為晶體管大范圍普及提供了可行的操作方案。

晶體管是電子產品的基石，但是其制造是一個非常復雜的過程，需要高溫和高真空的設備。然而，現在這一切似乎有了改觀。這項研究由美韓科學家合作開展，因為制備過程的環境溫度較低與可以與大量材料相適應，因而這項技術可以大范圍應用，從而打開了電器元件用于柔性和耐磨設備的大門。研究人員是通過旋轉涂覆的辦法將材料沉積到柔軟的塑料襯底上制備納米晶場效應晶體管的，此過程采用增材制造系統，類似3D打印。

研究人員首先將具有晶體管電性質的納米晶體，或大致球形的納米級顆粒分散在液體中，制造出四種納米晶體的墨水，分別是：導體（銀），絕緣體（氧化鋁），半導體（硒化鎘）和有摻雜劑的導體（銀和銦的混合物）。“摻雜”晶體管的半導體層中有控制正、負電荷傳輸的控制器。研究人員之一的Kagan 說，“這些材料都是膠體，就像噴墨打印機中的墨水一樣，但你可以得到你想要一些其他特性。我們的問題在于你是否能在需要特殊功能的晶體管的表面將它們沉積下來。”其中幾個納米晶體墨水的電性能已經分別得到了證實，但他們從未被組合成完整的設備。對此，另一名研究人員Choi說，“這表明所有組件，無論是晶體管的金屬層、絕緣層、半導體層還是半導體摻雜都可以由納米晶體制成。”

制造過程中，這需要采用精確的方式將其分層或混合。

首先，將導電銀納米晶體墨水從液體中沉積到用光刻掩模處理過的柔性塑料表面上。然后在平坦的層面迅速紡制繪制出來。然后把掩模移開，留下銀墨水作為晶體管的柵極。隨后在該層旋轉涂敷氧化鋁納米晶體基的絕緣體層，再放置硒化鎘納米晶體基的半導體層，最后加上銦/銀混合物的屏蔽層，形成晶體管的源極和漏極。當在相對低的溫度下加熱時，銦摻雜劑會從電極出來，擴散到半導體元件中。

參與研究的專家Kagan說：“用基于溶液的材料進行研究時，要確保添加第二層時不會去掉第一層，依此類推。我們必須在納米晶體進入溶液以及沉積后，對其進行表面處理，確保它們擁有合適的電性能，并且按照我們希望的構造組合 在一起。”

與現有的基于真空的方法相比，這種完全基于墨水的制造過程工作溫度更低，研究人員能同時在一塊柔性塑料襯底上制造好幾個晶體管。Kagan表示，在低溫下大范圍生產制備晶體管是包括物聯網、大區域柔性電子和可穿戴設備等多項新興技術的目標，我們還沒有開發出所有的必要環節。

原文參考地址：Penn engineers develop first transistors made entirely of nanocrystal ‘inks’

感謝材料人編輯部王宇提供素材。