一场柔性电子技术领域的硬核攻关之旅

来源:案例图片    发布时间:2023-11-15 14:04:29

  在浙江清华柔性电子技术研究院(以下简称“柔电院”)前沿研究中心的柔性电子器件制备实验室里,研究中心负责人陈颖带领的团队正在进行实验比对,大家目不转睛、全神贯注。

  光刻、生成薄膜、在能承受压力的容器内进行标定、背面打磨……研究中心成立6年以来,始终致力于超薄柔性芯片制备技术的研究,从设计、工艺制备到应用,经过了数千次实验,才使得这项技术达到国际一流水平。

  “一方面,我们坚持做‘顶天’的理论研究,希望在这一新兴学科上取得更多原创性的理论突破,支撑学科持续不断的发展;另一方面,我们坚持‘立地’面向市场需求,做‘有用’的科研,推动科研成果不断落地转化。”陈颖说。

  “柔性电子技术被认为是一场颠覆式的电子技术革命,但研发过程充满挑战。”提起柔性电子技术的发展历史,陈颖一下打开了话匣子。

  柔性电子具有可弯曲、可拉伸、可变形等柔性化特性,正因为如此,柔性电子技术应用广泛,可和AI、材料科学、物联网、空间科学、健康科学、能源科学和数据科学等学科深入交叉融合,解决了不少“卡脖子”问题,是线年,柔电院落地嘉兴南湖,刚从清华大学博士毕业的陈颖选择加入了柔电院,从事柔性电子技术的研究。用她的话来说,毕业后能继续在喜欢的领域内钻研,能继续从事喜欢的研究工作,是幸运的。

  其实,陈颖在清华大学所学的专业是力学,但是相对于桥梁、房屋等偏硬性的结构力学来说,她更喜欢生物力学,所以,在第一次接触柔性电子这个概念时便爱上了。“如今研究的目的是希望这项技术能够真正地应用于人们的生活领域,这比单单完成一篇论文更有成就感。”

  加入柔电院后,陈颖首先面临的,就是缺乏积累、缺乏经验、组建团队等难题,但她没有丝毫犹豫,秉持着对研究的热爱克服困难,一步步组建了研究中心。“刚开始的每一天都很困难,几乎95%的实验都是失败的,但我们的研究就是在不断试错中积累经验,然后向成功迈出一小步。”

  和传统的基于刚性衬底和刚性材料的电子技术不同,陈颖的团队所研究的是在现有芯片的基础上,通过背面研磨的方式把衬底去除、降低厚度,以达到弯曲变形的效果,再运用在狭窄的或者非平面的物体表面。

  不得不提的是,短短几年,陈颖的团队一步一个脚印,实现了“开道超车”。“超薄芯片是个新开垦的研究领域,我们起步还算早,突破了许多理论基础才有了今天的成绩。”陈颖的语气中满是自豪和坚定。

  如果说“开道超车”只是柔电院迈出的第一步,那么实现柔性电子的“薄大精伸”就是他们的终极目标。

  当前,柔电院可制备高强度柔性芯片,晶圆厚度极限达到25微米,可以在一定程度上完成装备减重降体积、提升系统功能密度,实现与异形空间共形。2022年,柔性电子团队突破50微米以下晶圆薄化技术难关。

  陈颖说,他们花了两年多的时间才掌握了超薄柔性芯片制备技术的基础原理,但要打通科研成果落地的“最后一公里”,仍面临不少问题。

  “和上学的时候做实验不同,在学校里,100次实验中完成1次就算成功,但现在100次实验中至少要完成90次才符合标准要求。”陈颖坦言,在科研的道路上,从没有一帆风顺可言,一定要通过不断实验察觉缺陷、积累经验,“目前我们在探索将硅基电子元器件柔性化的同时,又保证其高频、高速的导电特性。”

  虽然该项技术还停留在研究完善阶段,但每一次的理论突破都会让人兴奋不已。研究团队提出了一种包裹式曲面转印方法,实现三维曲面电子器件的制造。

  7月27日,该研究成果的论文刊发在《科学进展》上,被认为是三维曲面电子制造的“高光时刻”,为高性能三维曲面电子器件量产提供了更多可能。

  “下一步,我们将依托柔性电子技术加快产业化进程,助力嘉兴打造亚太路科创带,为嘉兴高水平质量的发展注入澎湃动力。”柔电院副院长陈鑫说。