研究人員研發(fā)了一種用于場(chǎng)效應(yīng)晶體管（field-effect transistors，F(xiàn)ETs）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(shè)備上的應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。

該原理圖展示了如何利用化學(xué)氣相沉積（iCVD）技術(shù)制備pV3D3聚合膜：（i）引入汽化單體和引發(fā)劑，（ii）激活的引發(fā)劑受熱分解成自由基，（iii ）單體和引發(fā)劑自由基被吸附到一個(gè)基底上，（iv）聚合自由基轉(zhuǎn)化成pV3D3薄膜。（圖片來源： KAIST）

來自韓國科學(xué)技術(shù)學(xué)院（Korea Advanced Institute of Science and Technology，KAIST）的團(tuán)隊(duì)研發(fā)了一種用于場(chǎng)效應(yīng)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(shè)備上的應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。這項(xiàng)研究結(jié)果在線發(fā)表于3月9日的《自然·材料》（Nature Materials）雜志上。

我們?nèi)粘Ｉ钍褂玫默F(xiàn)代電子設(shè)備中，從手機(jī)、電腦到平板顯示器，場(chǎng)效應(yīng)晶體管無處不在。除了三個(gè)電極（柵極（gate），源極（source）和漏極（drain））外，場(chǎng)效應(yīng)管還包括一個(gè)絕緣層和一個(gè)半導(dǎo)體溝道層組成。場(chǎng)效應(yīng)管內(nèi)的絕緣層能有效控制半導(dǎo)體溝道的導(dǎo)電率，從而控制晶體管內(nèi)的電流。為了使場(chǎng)效應(yīng)管低功率穩(wěn)定運(yùn)行，應(yīng)用超薄的絕緣層十分重要。因?yàn)檠趸锖偷锏葻o機(jī)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(jī)材料在硅和玻璃等硬質(zhì)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(shè)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(tǒng)基底和新興的半導(dǎo)體材料。然而，傳統(tǒng)技術(shù)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(yīng)用聚合物絕緣體的場(chǎng)效應(yīng)管在低電壓狀態(tài)下運(yùn)行。

一個(gè)由韓國科學(xué)技術(shù)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(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)出了一種有機(jī)聚合物組成的絕緣層“pV3D3”。此絕緣層是利用名為“化學(xué)氣相沉降（iCVD）”的全干氣相技術(shù)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(nèi)。

iCVD過程是讓氣狀單體和引發(fā)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(tǒng)技術(shù)不一樣的是，十分均勻且純凈的超薄聚合膜在一大片實(shí)際上沒有表層或底層限制的區(qū)域生成，與表面張力有關(guān)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(duì)基底施加的張力和產(chǎn)生的損害。

科研團(tuán)隊(duì)通過使用pV3D3絕緣層，研發(fā)出了利用多種半導(dǎo)體材料如有機(jī)物、石墨烯和氧化物的低功率、高性能的場(chǎng)效應(yīng)管，證明了pV3D3對(duì)多種材料的廣泛適用性。他們還用常規(guī)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(xué)（Dongguk University）的Yong-Young Noh教授的合作中，科研團(tuán)隊(duì)成功地結(jié)合pV3D3絕緣層在一個(gè)大規(guī)模的柔性底層上開發(fā)出了一種晶體管陣列。

Im教授說：“用iCVD技術(shù)制得的pV3D3所具有的小尺寸和廣泛適用性對(duì)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(nèi)，它展現(xiàn)出的絕緣性仍比得上無機(jī)絕緣層。我們期待這項(xiàng)進(jìn)展能極大地有益于柔性電子器件的研發(fā)，這將會(huì)對(duì)可穿戴計(jì)算機(jī)等新興電子設(shè)備的成功起到關(guān)鍵作用。”