柔性電子Flexible Electronics目前的主要挑戰是哪些？

02-04

Flexible electronics（維基百科），與Printed electronics 有關。
我比較關注manufacturing方向的挑戰，但是對於電子和有機材料沒有什麼了解。希望各個領域的大牛們能一起討論下，謝謝！

主要還是性能問題。

相較於傳統硅基電子器件，柔性電子器件由於所用材料的關係，性能普遍不好。比如organic flexible MOSFET和CQD flexible MOSFET，載流子遷移率和硅基器件比相差兩到三個數量級。而且消費電子品要求器件20年的壽命，這些材料根本無法達到。可以參見蘇納所崔錚教授關於printing electronics的一個talk，很不錯。

那為什麼要用這些呢？還是加工過程的問題，這些材料可以彎折，也可以印刷，可以用solution process來避免傳統PVD CVD的過程。這就形成了一個大矛盾。

UIUC的John Rogers用transfer printing的方法把硅電子器件和flexible器件結合了起來，個人感覺這很有前途。但說到底，他的這個技術應該非常tricky，因為目前為止，還沒有大規模應用。

總結一下，flexible electronics目前急需技術上的突破。如果沒有的話，20年內前景也是很堪憂的。很有可能像solar cell一樣，成為另一個政府投資的黑洞，科研人員的大坑。

Flexible electronics 分為microelectronics和macroelectronics，前者以邏輯計算為主，後者是以顯示和感測作為主要應用，將在下面討論

a) 如果討論microelectronics以microprocessor為應用，發展方向是縮小晶體管尺寸和提升性能和集成密度，摩爾定律。現在intel已經在做10nm和7nm的技術，但對於flexible microelectronics，單晶摻雜硅基材料有~1000cm2/Vs量級的遷移率，但是其本身是易碎材料，不具有flexibility。關於上位答主提到的John rogers的transfer printing我自己做了1年多，深知其中的弱處，簡單說來幾點：

1 轉移的硅厚度不均勻，而且alignment會成為後續fabrication的問題。

2 heat management無法解決，超大規模集成電路的產熱不用多說，transfer printing是不可能克服這個問題，rogers本人也已經放棄microprocessor的方向了。

性能優於硅的flexible材料：

1 單根碳納米管Mosfet，遷移率100000cm2/Vs, 並且可以有效克服short channel effect。但缺點在於scalability，無法有效大規模製造

2 二維材料以現在最熱的黑磷，遷移率有500cm2/Vs 左右，也能滿足microprocessor要求，還在試驗階段，不穩定。

b) 如果討論以感測器和顯示技術為目的的macroelectronics，遷移率只需要1-10cm2/Vs就已經滿足要求。

這種情況下，organic materials，二維材料，碳管作為薄膜晶體管的半導體，都能滿足要求。而且在技術上難度都不大。國內還處於起步階段，相信不久就會有基於新材料的主動矩陣的顯示屏和感測器出現。

但是運算中心microprocessor想變成完全flexible的是非常困難的也是問題的焦點，最大問題再於提升manufacturability和處理散熱的問題。時間有限，只能粗略的寫點，希望對大家有些幫助

2015-05-12

可以曲折和挪動的屏幕具有許多潛在的長處。屏幕有望更輕更薄，就由於它們選用的層要少於咱們在當前手機和平板電腦上看到的液晶屏和 OLED 屏幕。液晶屏一般有六層，其間兩層是玻璃；OLED 面板則有四層，其間兩層是玻璃面板。

以目前可撓式 AMOLED 技術已蓬勃發展，然而，實際商品化仍面臨許多障礙，其中可歸納出以下四個關鍵材料。

1. 軟性基板材質要求高﹔

2. 玻璃基板易碎、不易變薄﹔

3. 金屬箔基板製程複雜、成本高﹔

4. 兼具多元優勢以塑料基板採用度最高。

塑料基板具有前兩類基板難以抗衡的幾種優點組合，包括低成本、高撓曲性、輕量化和高透光性等，因此為目前最廣為使用的可撓式 AMOLED 基板，也是可撓式 AMOLED 未來商品化發展中，最具優勢的基板材料。然而，塑料基板仍有數項關鍵問題須克服，包括較差的熱性質與較低的抗化性等。

熱性質的問題可分為兩方面，分別為「熱膨脹」與「耐熱性」。塑料基板的熱膨脹係數約 60-70ppm╱℃，遠大於一般無機材料約 5 ppm╱℃，而面板製程中含有多道無機材料薄膜的沉積製程，例如前段製程中的 TFT 組件製程，因此極易因熱膨脹係數差異過大，導致塑料基板的變形或彎曲，甚至造成無機薄膜剝落等問題。

最後，談到石墨烯應用於柔性基板的製程，以 CVD 而言約 400℃，塑料基板的軟化溫度在該溫度之下，因此造成基板材料選用的限制。但我們用石墨烯／導電高分子做成透明導電膜，有機會取代 ITO 成為新世代的導電層。

超柔性，基底很重要

工藝問題

大規模生產和更小的尺寸