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1、分类号:BJ82计算机世界/2001年/05月/21日/第B14版/技术广角另辟蹊径的塑料芯片苏月琼编译导电塑料带来希望众所周知,塑料是由许多排列无序的大分子组成的,通电后,当电流增大时,塑料内部会形成凌乱的网状物,并马上停止导电。不过,科学家曾在20世纪80年代中期获得了一个重大发现,即塑料具有半导体特性,并且发现有机聚合物塑料也具有传输电流的功能,虽然有机聚合物塑料的导电速度非常慢,但是,这一发现却为科学家进一步开展塑料导电的研究带来了一线希望。90年代,科学家们又进一步发现,通过在塑料内部渗入某些物质
2、,可以改变其物理化学特性,使其具有较好的导电性能。为了使塑料能够替代硅而成为新一代半导体材料,还需要对塑料的特性进行微调,添加特殊的化学物质,精确地控制塑料内部的结构变化。塑料芯片一般采用薄膜场效应晶体管形式。用真空技术制造而成的并五苯(Pentacene)薄膜,其场效迁移率达到每伏0.1cm~2/s,但成本较高;另一种多晶有机半导体材料为0.23cm~2/s,但工艺较复杂,需要进行多步合成。目前,场效应管的沟道长度已经小于1m,制作聚噻吩和低聚噻吩及其衍生物的廉价塑料芯片技术取得了较大进展,采用喷墨、印刷和
3、多层薄膜叠加等各种全新技术已经获得成功。例如,英国剑桥大学的科学家们创办了一家塑料芯片技术公司,利用喷墨打印技术和设备,将碳基材料的微细颗粒喷射到芯片的基底上,制造出一种塑料半导体新材料。在制造时,喷墨打印机可以达到25m的打印精度,尽管这与目前最先进的微处理器芯片所需的0.2m的精度还有不小的差距,但是,对于制造某些塑料电子元器件来说,已经游刃有余了。另外,科学家们还研制出一种可以制造塑料芯片的有机材料,它表现出高迁移性,其范围相当于非晶硅。这项科研成果的核心就是并五苯。并五苯也有其不足之处,例如,它必须
4、在真空状态下加工,且保存寿命不长,在受控制的实验室环境中最多能保存一年,在自然环境下,平均只能保存1~3周。虽然它有这些局限性,但却是迄今为止科学家们发现的最理想的研究材料。塑料薄膜的导电性能使其在制造薄型轻质电池、高分子聚合物电池以及高分子集成电路芯片等方面都有着极其广阔的应用前景。以IBM为首的IT厂商竞相开展塑料薄膜导电材料的应用研究。目前,导电塑料的发明人、美国物理学家艾伦马克迪尔米德教授正在着手研究导电塑料的应用。去年12月,他在瑞典皇家科学院做了题为合成金属有机聚合物的新作用!的演讲。他指出,
5、他的研究目标是利用新崛起的纳米技术,将传统的导电材料与导电聚合物纤维静电编织起来,制造出纳米级纤维材料和纳米电子线路。众所周知,人的头发直径是5万纳米,而马克迪尔米德教授领导的研究小组正在研制的纳米材料聚苯胺纤维的直径仅为100纳米,这是目前世界上最细的纤维,仅有头发丝直径的1/500。如果将纳米导电纤维与纳米电子电路结合起来,可以把计算机做得非常小。马克迪尔米德强调指出:∀这看似科学幻想,但是终将成为事实。#最近,他领导的研究小组已经成功地利用普通塑料研制出纳米电子线路,并申请了专利,同时在宾夕法尼亚州立大学
6、成立了导电塑料开发公司。他们开发的纳米电子线路成本非常低廉,一块纳米电子线路板的成本仅为1美分。纳米电子线路市场前景非常广阔,不仅在电子工业与计算机工业领域,而且在环境保护、医学卫生、能源利用、太空探索等领域都有着巨大的市场潜力。塑料芯片缘何受宠?目前,已有多家IT业巨头宣布成立塑料芯片的专门研究机构,例如IBM、三菱、日立、朗讯、施乐、飞利浦和Hoechet公司等,他们已经研制出集成了几百只电子元器件的塑料芯片样品,探索出能够批量生产的集成度较低的塑料芯片,他们雄心勃勃地计划投入巨资研究开发出集成度越来越高的
7、塑料芯片,使其有朝一日能够与硅芯片平分秋色。美国国际市场调查公司(Dataquest)日前发布的一份调查预测报告显示,采用导电塑料制造的塑料芯片将成为21世纪的新宠。到2004年,全球塑料芯片行业的年平均销售额将达到100亿美元,塑料芯片将成为未来极具发展潜力的新一代芯片。那么,塑料芯片为何受到人们的厚爱?新崛起的塑料芯片何以能够向硅晶体芯片发起冲击呢?原来,硅晶体之所以能够长期成为电子材料领域的佼佼者,是由于硅晶体具有其独特的优势,采用硅晶体制造的电子元器件和芯片在速度、精密性或导电性上占有得天独厚的地位,其
8、电流能以每伏1000cm~2/s的高速度在电路之间快速传输,但在目前的生产工艺条件下,硅晶体的生产成本十分昂贵,尤其是那些对成本比较敏感的消费电子产品行业往往难以承受。与硅芯片相比,塑料芯片价格则非常低廉,仅为硅芯片价格的1%~10%,极具市场竞争力,它将首先在条形码扫描仪和付款机中使用。制造一台长度与宽度均很大的显示屏,如果采用硅材料是难以研制成功的,因为其成本太高,重量不轻,技术难
