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  隨著消費(fèi)電子的蓬勃發(fā)展，可穿戴電子設(shè)備的形態(tài)愈加多樣化和人性化。超薄的柔性電子器件由于可與人體組織器官共形接觸，提供更加友好的人機(jī)交互方式，受到學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注。這類器件的厚度一般只有微米量級(jí)，在加工過(guò)程中須黏附于剛性基板（為器件提供臨時(shí)支撐）之上，但將器件從剛性基板上剝離，卻易受到應(yīng)力損傷。因此，高效且無(wú)損地實(shí)現(xiàn)柔性電子器件與剛性支撐基板之間的快速分離，是大面積制備高性能超薄柔性電子器件的關(guān)鍵工藝。

  近日，北京大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院物理電子學(xué)研究所、納米器件物理與化學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室胡又凡研究員-彭練矛教授課題組在相關(guān)研究中取得重要進(jìn)展。他們利用毛細(xì)力輔助的電化學(xué)分層工藝，實(shí)現(xiàn)了從硅片上無(wú)損、高效地剝離超薄的柔性器件，避免了柔性電子器件加工過(guò)程的應(yīng)力損傷，并可保證超薄電子器件的制備具有100%的成功率。

  課題組利用高導(dǎo)電性的硅片作為支撐基板，在硅片表面制備出超薄的柔性聚合物襯底，于其上完成電路和功能元件的流片加工及必要封裝。在剝離柔性器件的關(guān)鍵工藝中，引入電化學(xué)反應(yīng)，使導(dǎo)電硅片邊緣接觸氯化鈉（NaCl）電解質(zhì)溶液，并在導(dǎo)電硅與電解質(zhì)溶液之間施加電壓；硅片的邊緣在電壓作用下發(fā)生陽(yáng)極反應(yīng)，導(dǎo)致硅片與柔性器件之間產(chǎn)生狹縫；狹縫引發(fā)毛細(xì)現(xiàn)象，吸引電解質(zhì)溶液沿硅片表面攀升，最終使得柔性電子器件與硅片輕柔地分開。這種毛細(xì)力輔助的電化學(xué)分層工藝操作簡(jiǎn)單，剝離速度快，無(wú)需昂貴的激光器等設(shè)備；與此同時(shí)，還可以保證柔細(xì)電子器件表面干燥、清潔，避免腐蝕劑的沾污。更重要的是，這種分層工藝不引入應(yīng)力損傷，具有100%的成功率，適用于Parylene（聚對(duì)二甲苯）、PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯；課題組成功剝離該襯底上的器件，整體厚度不足200 nm）、PI（聚酰亞胺）和SEBS（苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物）等多種柔性聚合物襯底的剝離。利用這一毛細(xì)力輔助的電化學(xué)分層工藝，課題組在超薄襯底上實(shí)現(xiàn)了高性能的碳納米管晶體管陣列，以及信號(hào)放大電路、CMOS（互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體）環(huán)形振蕩電路等較復(fù)雜的柔性碳基集成電路，從而驗(yàn)證了這一工藝的廣泛適用性。

  這一研究使得超薄柔性電子器件的制備工藝擺脫應(yīng)力損傷等困擾，降低了超薄柔性器件的加工難度，大大提升了超薄柔性電子器件的成品率，對(duì)實(shí)現(xiàn)超薄柔性電子器件的性能提升和規(guī)模集成具有重要的意義。2018年10月初，相關(guān)工作以《利用毛細(xì)力輔助的電化學(xué)分層工藝實(shí)現(xiàn)超薄柔性電子系統(tǒng)的晶圓級(jí)加工》（Wafer-scale fabrication of ultrathin flexible electronic systems via capillary-assisted electrochemical delamination）為題，發(fā)表于材料學(xué)領(lǐng)域重要期刊《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）（DOI: 10.1002/adma.201805408）；信息學(xué)院博士研究生張恒為第一作者，胡又凡研究員與彭練矛教授為通訊作者。

  上述研究工作得到“海外高層次人才引進(jìn)計(jì)劃”、國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等支持。

  論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.201805408