塑料電子元器件前景看好

奧地利科學(xué)家采用聚苯乙烯等塑料制造成功一款太陽(yáng)能電池,效率達(dá)到3%,盡管這一效率還嫌稍低,但是由于它是在世界上首次采用塑料研制而成的, 因此這項(xiàng)成果引起了業(yè)界的普遍關(guān)注。

克里斯蒂安·多普勒公司的科學(xué)家們研究開(kāi)發(fā)的這項(xiàng)塑料太陽(yáng)能電池制造技術(shù),其特點(diǎn)是成本較低，解決了長(zhǎng)期以來(lái)太陽(yáng)能電池制造成本過(guò)于高昂的老大難問(wèn)題, 使太陽(yáng)能利用的普及化顯露出一線新的希望。

太陽(yáng)能電池的研制基于導(dǎo)電塑料的理論,需要采用具有半導(dǎo)體性能的導(dǎo)電塑料。奧地利科學(xué)家在研制太陽(yáng)能電池的過(guò)程中, 采用了聚苯乙烯等碳?xì)浠衔镆约坝杉兲冀M成的富勒式結(jié)構(gòu),將這些物質(zhì)進(jìn)行混合之后,進(jìn)一步制造出質(zhì)地柔軟的薄膜,在薄膜的兩面借助蒸發(fā)工藝涂敷一層銦錫氧化物或者鋁金屬作為電極。由于聚苯乙烯受到光照時(shí)能夠釋放出電子,而富勒式結(jié)構(gòu)能夠吸收電子,這時(shí),如果把燈泡連接到兩個(gè)電極上,電子會(huì)流動(dòng)，從而使燈泡發(fā)光。塑料太陽(yáng)能電池的最大優(yōu)勢(shì)是制造簡(jiǎn)易,耗能極少,成本低廉,因而解決了長(zhǎng)期以來(lái)硅太陽(yáng)能電池制造中耗能太大以及成本高昂的瓶頸問(wèn)題,因此其應(yīng)用前景十分看好。美國(guó)新推出的一款導(dǎo)電塑料電池,是采用一種稱為聚苯胺的導(dǎo)電塑料制造一個(gè)電極，另外一個(gè)電極是鋰,生產(chǎn)出僅有一枚硬幣大小的可以重復(fù)充電的導(dǎo)電塑料電池。德國(guó)廠商也用導(dǎo)電塑料制造出僅有普通明信片一般大小的薄型撓性導(dǎo)電塑料電池,可作為便攜式產(chǎn)品的電源。

荷蘭飛利浦(Philips)公司新推出一款輕薄柔軟的塑料計(jì)算機(jī)顯示屏,用來(lái)制造這種顯示屏的材料就是塑料基半導(dǎo)體,而不是傳統(tǒng)的硅基半導(dǎo)體。 據(jù)飛利浦公司透露,采用塑料基半導(dǎo)體生產(chǎn)這種輕薄塑料顯示屏的工藝過(guò)程,比采用硅基半導(dǎo)體生產(chǎn)簡(jiǎn)單得多,對(duì)生產(chǎn)廠房的無(wú)塵環(huán)境的要求也低得多,因而其生產(chǎn)成本較低,售價(jià)也極其低廉,從而有望在將來(lái)有朝一日，采用這種廉價(jià)的輕薄顯示屏取代傳統(tǒng)的報(bào)紙。此外,用塑料基半導(dǎo)體生產(chǎn)的輕薄顯示屏極其容易進(jìn)行拼接裝配,從而容易制造出更大尺寸的顯示屏幕，在戶外廣告領(lǐng)域大有用武之地。

IBM公司的科學(xué)家們一直在研究利用有機(jī)材料與無(wú)機(jī)物的混合物來(lái)研制晶體管。IBM稱，它已成功地在室溫狀態(tài)把這種材料的薄膜從溶液中分離出來(lái)。這種做法大大降低了設(shè)備成本。而在低溫狀態(tài)下加工也許會(huì)使這種材料能夠沉淀在一系列基層材料上面，其中包括塑料。IBM公司近日宣布研制成功一種很薄、很柔軟的晶體管,用這種晶體管制造出來(lái)的計(jì)算機(jī)顯示屏,也像紙一樣可以卷起來(lái)，因此其用途很廣泛。這種晶體管是用一層很薄的材料制成的,它能夠涂到塑料上,也可以噴射到塑料上,冷卻之后,即成為一種極薄的晶體管。在室溫環(huán)境里, 將相應(yīng)的有機(jī)物和無(wú)機(jī)物溶解在溶液中,就能直接進(jìn)行噴涂,制成顯示屏幕。與目前的計(jì)算機(jī)顯示屏，尤其是筆記本電腦顯示屏需要在高溫下制造不同的是，用這種薄而軟的晶體管可以在室溫下制造計(jì)算機(jī)屏幕,其制造成本可以大幅度降低,而且這種計(jì)算機(jī)屏幕的質(zhì)量極佳,可謂價(jià)廉物美，市場(chǎng)潛力很大。不過(guò),IBM的科學(xué)家們目前還無(wú)法保持這種材料的穩(wěn)定性,一旦暴露于空氣中,它就會(huì)迅速變質(zhì)。

日本科學(xué)家研制出包含幾百個(gè)有機(jī)計(jì)算機(jī)芯片的柔韌的導(dǎo)電塑料，采用這種導(dǎo)電塑料制造出了新穎的平板顯示器和電子標(biāo)簽; 導(dǎo)電塑料制造的顯示屏可用于移動(dòng)電話手機(jī)、太陽(yáng)能電池和微型電視等;導(dǎo)電塑料制造的新款芯片,可大大減少計(jì)算機(jī)的體積,大大提高計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度;導(dǎo)電塑料可以用作攝影膠片的抗靜電劑 ,可以用作計(jì)算機(jī)屏幕的防電磁輻射裝置,還可以用作智能型窗戶的防紫外線裝置等。導(dǎo)電塑料兼有易加工和導(dǎo)電的雙重優(yōu)點(diǎn),因此,只需采用擠壓成型法就可以生產(chǎn)出各種型號(hào)的印制電路板,這些印制電路板可以廣泛地應(yīng)用于家用電器、 電子機(jī)械和汽車部件等。

英國(guó)劍橋顯示技術(shù)公司(CDT)研制成功的發(fā)光聚合物(LEP)顯示技術(shù)是一種全新的顯示技術(shù),這種新型顯示技術(shù)將對(duì)目前廣泛使用的發(fā)光二極管(LED)和液晶顯示器 (LCD)技術(shù)提出嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。LEP技術(shù)還可用于開(kāi)發(fā)與陰極射線管(CRT)媲美的產(chǎn)品。英國(guó)劍橋顯示技術(shù)公司和日本愛(ài)普生公司已經(jīng)聯(lián)合研制成功一款2英寸、僅2mm厚的單色顯示器以及12英寸的彩色顯示器。

LEP技術(shù)的發(fā)明人理查德·佛雷德和安德魯·霍姆斯發(fā)現(xiàn),置于電極間的PPV材料能夠發(fā)出黃-黃綠光。最初,由于發(fā)光效率低于0.01%,其實(shí)用價(jià)值被低估了。最近,通過(guò)改進(jìn)聚合物的化學(xué)成份和發(fā)光裝置的結(jié)構(gòu),其效率提高到了2.5%,達(dá)到了LED水準(zhǔn)。新款LEP顯示器是在玻璃或塑料基材上添加發(fā)光聚合物薄膜,并由透明的氧化銦、錫電極包著,再在聚合物上形成鋁電極。在兩個(gè)電極間加上電場(chǎng)作用,聚合物就會(huì)發(fā)光。

發(fā)光聚合物顯示器重量輕、能耗低、斷面薄、柔性好, 在制造便攜式PC機(jī)、攝像機(jī)及數(shù)字?jǐn)z像機(jī)監(jiān)視器、無(wú)線電話等便攜裝置中大有用武之地。

發(fā)光聚合物也可以制造大型的電視顯示器,這種顯示器具有發(fā)光二極管的特性,達(dá)到能精確地顯示活動(dòng)圖像所需要的快的開(kāi)關(guān)速度。與發(fā)光二極管相比,它可用到大的平板顯示器中,而且成本低,視角不受限制,不會(huì)出現(xiàn)液晶顯示器中快動(dòng)作時(shí)顯像滯后而造成的圖像模糊的問(wèn)題。

LEP技術(shù)的初期目標(biāo)是用于替代對(duì)空間、 低電壓和低功耗要求嚴(yán)格的現(xiàn)有液晶顯示的背景照明,例如移動(dòng)電話的屏幕顯示等,以后再逐漸替代LED和LCD，使用于消費(fèi)類電子產(chǎn)品,例如個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、CD機(jī)、電動(dòng)剃須刀、鬧鐘、收音機(jī)。LEP技術(shù)后期將進(jìn)入電視機(jī)領(lǐng)域。

最近,科學(xué)家已經(jīng)成功地利用成本低廉的塑料來(lái)取代用于制造集成電路(IC)芯片的硅晶體。

眾所周知,塑料是由許多排列無(wú)序的大分子組成的,當(dāng)通電時(shí), 隨電流增大,塑料內(nèi)部會(huì)形成凌亂的網(wǎng)狀物,馬上停止導(dǎo)電。不過(guò),科學(xué)家在80 年代中期獲得了一個(gè)重大發(fā)現(xiàn):塑料具有半導(dǎo)體特性,有機(jī)聚合物塑料也具有傳輸電流的功能,只是導(dǎo)電速度非常慢。這個(gè)發(fā)現(xiàn)為科學(xué)家進(jìn)一步開(kāi)展塑料導(dǎo)電的研究帶來(lái)了一線希望。90年代,科學(xué)家們進(jìn)一步發(fā)現(xiàn),通過(guò)在塑料內(nèi)部摻入某些物質(zhì)，可以改變其物理化學(xué)特性,使其有較好的導(dǎo)電性能。為了使塑料能夠替代硅而成為新一代半導(dǎo)體材料，還需要對(duì)塑料的特性進(jìn)行微調(diào)，精確地控制塑料內(nèi)部的結(jié)構(gòu)變化,添加特殊的化學(xué)物質(zhì)。用來(lái)制造芯片的塑料與聚乙烯等傳統(tǒng)塑料在概念上是完全不同的,它們是諸如噻吩和寡噻吩等新型成員,可以利用一種與干絲網(wǎng)印刷或者噴墨印刷技術(shù)相似的方法來(lái)制造塑料芯片。

英國(guó)劍橋大學(xué)的科學(xué)家們創(chuàng)辦了一家塑料芯片技術(shù)公司, 利用噴墨打印技術(shù)和設(shè)備,將碳基材料的微細(xì)顆粒噴射到芯片的基底上,制造出一種塑料半導(dǎo)體新材料。在制造這種塑料半導(dǎo)體材料時(shí),噴墨打印機(jī)可以達(dá)到25mm的打印精度，盡管這與目前最先進(jìn)的微處理器芯片所需的0.2mm的精度還有不小的差距,但是, 這對(duì)于制造某些塑料電子元器件來(lái)說(shuō),已經(jīng)游刃有余了。

另外,科學(xué)家們還研制出一種可以制造塑料芯片的有機(jī)材料,它表現(xiàn)出高性能遷移特性,其范圍相當(dāng)于非晶硅。這項(xiàng)科研成果的核心就是并五苯(Pentacene)。誠(chéng)然, 并五苯也有其不足之處,例如,它一定要在真空狀態(tài)下加工,這就增加了生產(chǎn)成本,而且并五苯的保存壽命不長(zhǎng),在受控制的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境里最多僅能保存一年,而在自然環(huán)境下,平均只能保存1～3周。

雖然并五苯有著這些局限性,但卻是迄今為止科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)的最理想的研究材料。在最近幾個(gè)月,世界上幾家著名的實(shí)驗(yàn)室都利用并五苯作為研究對(duì)象,獲得了一些引人矚目的研究成果。貝爾實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家在并五苯的基礎(chǔ)上研制出了一種名叫F-15的有機(jī)材料。利用威爾祖斯喻作絲網(wǎng)印制法的一種工藝, 可將這種類似特氟隆的聚合物沉淀在塑料基層上面。2000年6月,貝爾實(shí)驗(yàn)室將其塑料晶體管技術(shù)許可授給了生產(chǎn)電子墨水與屏幕的E Ink公司。朗訊與E Ink正在合作研制電子紙?jiān)?這種細(xì)薄的塑料片可望充當(dāng)顯示屏?？茖W(xué)家們展望這樣一種產(chǎn)品:它能立即通過(guò)計(jì)算機(jī)更新。除此之外,還可應(yīng)用于電子書(shū)藉與屏幕、蜂窩電話以及手持式設(shè)備。

目前,已有多家IT業(yè)大公司宣布成立塑料芯片的研究項(xiàng)目,如IBM、三菱、日立、朗訊、施樂(lè)、飛利浦和Hoechet公司等,這些公司表示將在21世紀(jì)投入巨資研究開(kāi)發(fā)塑料芯片,使塑料芯片在將來(lái)有朝一日能夠與硅芯片平分秋色,使芯片世界變得更加五彩斑斕、多姿多彩?！?/font>