Hsin-Chiao Tien, Xin Li, Chang-Jing Liu, Yang Li, Mingqian He, Wen-Ya Lee
Adv. Funct. Mater. 2023, 33, 15, 2211108

國立臺北科技大學 化學工程與生物科技系 李文亞副教授

半導體領域裡面有一種很特別的材料叫做軟性半導體，與矽半導體跟第三代半導體不同，軟性半導體追求的是可以承受各種形變，扭曲，彎曲甚至拉伸的電子元件，經常看到的摺疊手機或可彎曲螢幕就是最典型的應用，甚至可以製作成電子皮膚或是軟性穿戴元件，然而這類材料在製程上有著眾多限制，最主要的限制就是抗溶劑性不足，容易被有機溶劑腐蝕，導致製程穩定性比較差，即便這類半導體可以應用在可撓曲式電子產品，但在大規模生產上還是會面對許多困難，也難以運用傳統黃光濕式製程來限縮元件尺。為了解決這個問題，因此我們團隊與美國康寧(Corning)研發團隊共同合作開發可量產的彈性高分子電晶體，首先將帶有雙鍵的彈性橡膠與共軛高分子混合，利用彈性橡膠來提升整體的可拉伸性，再導入硫醇烯自由基反應(Thiol-ene radical reaction)，這是一個具有選擇性的反應，帶有自由基的硫醇喜歡跟帶有非共軛雙鍵的彈性橡膠反應，而不喜歡與高分子半導體的共軛雙鍵反應，因為共軛雙鍵在能量上是相對穩定的存在，如此一來這樣才能在光固化彈性橡膠時，將共軛高分子包埋在彈性橡膠交聯網絡中保護起來，不讓溶劑破壞到高分子半導體特性，同時高分子半導體的共軛結構也不會受到硫醇烯自由基反應而破壞，如此設計的材料具備彈性以及優異的半導體特性，同時又可以如負型光阻那樣製備光圖案化結構，最後我們將高分子半導體縮小到10微米的尺寸，表示可利用黃光微影蝕刻開發出高密度可拉伸彈性元件矩陣，未來可應用於軟性電子元件量產。