可拉伸的集成电子器件具有夹层半导体？这将成可能！

用可伸缩电极制成的曲率可调成像仪的示意图

真正有弹性的电子系统需要先进的人机界面、人造皮肤、智能医疗保健等，但宾夕法尼亚州立大学领导的一个研究小组可能已经找到了一种绕过它的方法。首席研究员Cunjiang Yu是宾夕法尼亚州立大学工程科学、力学和生物医学工程Dorothy Quiggle职业发展副教授，他表示，全弹性电子系统需要每个组件都具有灵活性和可拉伸性。研究人员已经在大多数元件中实现了这一特性，除了一种众所周知易碎的半导体。

现在，Yu和他的国际团队开发了一种方法来弥补脆弱易碎的半导体，使该领域更接近完全灵活的系统。他们的研究成果发表在《自然电子》杂志上。Yu说:“这种技术需要有弹性的半导体，这是集成电路所需的核心材料，而集成电路对我们的电脑、手机等技术至关重要，但这些半导体主要是p型的。”他指的是一种主要通过带正电的可移动孔导电的材料。“然而，互补集成电子学、光电子学、pn结器件和许多其他领域也需要n型半导体。”n型半导体主要通过携带电荷的负电子导电，与p型半导体结合，它们可以充当开关，使电流向一个方向流动。Yu说，它们通常是刚性的，为了实现完全可拉伸的晶体管和n型半导体电路，需要某些策略来提高它们的机械弹性。为了解决这个问题，研究人员将n型半导体夹在两种称为弹性体的橡胶材料之间，弹性体是一种可以拉伸并弹回原始形状的聚合物。Yu说:“我们发现堆叠结构提高了机械拉伸性，抑制了本质脆性n型半导体中微裂纹的形成和扩展。”他解释说，微裂纹是当n型半导体被拉伸时出现的微小结构缺陷。它们会降低电气性能并导致机械故障。Yu说，该团队通过了一系列的压力和稳定性测试，所有这些测试都以优异的成绩通过了。他们还使用该堆栈来制造弹性晶体管和集成电子系统。Yu说：“即使在任一方向拉伸50%时，弹性晶体管仍然保持了高性能。”“这些设备还在周围环境中显示出长期稳定运行超过100天。“根据Yu的说法，在环境中的稳定性特别有用，因为n型半导体在暴露于氧气和水分时会失去效率。半导体夹在弹性体之间，有效地封装在元件上。

最后Yu说，接下来，团队将继续努力提高堆叠材料的性能，优化层结构，进一步降低微裂纹的密度。“现在我们有了可伸缩的n型半导体，我们很快就会有可伸缩的橡胶集成电路，这不是很令人兴奋吗?”

 提供者： Pennsylvania State University