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來自韓國科學技術學院（Korea Advanced Institute of Science and Technology，KAIST）的團隊研發了一種用于場效應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備上的應用打下了基礎。這項研究結果在線發表于3月9日的《自然·材料》（Nature Materials）雜志上。 我們日常生活使用的現代電子設備中，從手機、電腦到平板顯示器，場效應晶體管無處不在。除了三個電極（柵極（gate），源極（source）和漏極 （drain））外，場效應管還包括一個絕緣層和一個半導體溝道層組成。場效應管內的絕緣層能有效控制半導體溝道的導電率，從而控制晶體管內的電流。為了 使場效應管低功率穩定運行，應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 統基底和新興的半導體材料。然而，傳統技術制備的聚合物絕緣體在極小厚度的表面覆蓋仍不足，阻礙了應用聚合物絕緣體的場效應管在低電壓狀態下運行。 一個由韓國科學技術院（KAIST）生化工程系的Sung Gap教授和電子工程系的Seunghyup Yoo、Byung Jin Cho教授領導的研究團隊研發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“化學氣相沉降（iCVD）”的全干氣相技術制成，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。 iCVD過程是讓氣狀單體和引發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與傳統技術不一樣的是，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域生成，與表面張力有關的問題便得以解決。并且大部分iCVD聚合物在室溫下生成，減少了對基底施加的 張力和產生的損害。 科研團隊通過使用pV3D3絕緣層，研發出了利用多種半導體材料如有機物、石墨烯和氧化物的低功率、高性能的場效應管，證明了pV3D3對多種材料的廣泛 適用性。他們還用常規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（Dongguk University）的Yong-Young Noh教授的合作中，科研團隊成功地結合pV3D3絕緣層在一個大規模的柔性底層上開發出了一種晶體管陣列。 Im教授說：“用iCVD技術制得的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，它展現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，這將會對可穿戴計 算機等新興電子設備的成功起到關鍵作用。” 總結：研究人員研發了一種用于場效應晶體管（field-effect transistors，FETs）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備上的應用打下了基礎。 
該原理圖展示了如何利用化學氣相沉積（iCVD）技術制備pV3D3聚合膜：（i）引入汽化單體和引發劑，（ii）激活的引發劑受熱分解成自由基，（iii ）單體和引發劑自由基被吸附到一個基底上，（iv）聚合自由基轉化成pV3D3薄膜。 |
