Nature：柔性GaAs半导体的制备方法

Nature：柔性GaAs生成这些材料的大型高质量层状构造、并将它们转移到柔性或透亮基质上、用在如太阳能电池、夜视照相机和无线通信系统等设备中所涉及的高本钱过程〔所表达出的劣势〕。然而现在，JohnRogersGaAsAlGaAs上。.这一策略对于大面积应用的技术潜力，通过如以玻璃为基质的场效应晶体管和以塑料为基质的光伏电池模块等GaAsGaAsphotovoltaicsandoptoelectronicsusingreleasablemultilayerepitaxialassembliesJongseungYoon1,5,SungjinJo1,4,5,IkSuChun2,InhwaJung1,Hoon-SikKim1,MatthewMeitl3,EtienneMenard3,XiulingLi2,JamesJ.Coleman2,UngyuPaik4&JohnA.Rogers1,2DepartmentofMaterialsScienceandEngineering,BeckmanInstituteforAdvancedScienceandTechnology,andFrederickSeitzMaterialsResearchLaboratory,UniversityofIllinoisatUrbana-Champaign,Urbana,Illinois61801,USADepartmentofElectricalandComputerEngineering,UniversityofIllinoisatUrbana-Champaign,Urbana,Illinois61801,USASemprius,Inc.,Durham,NorthCarolina27713,USADivisionofMaterialsScienceEngineering,WCUDepartmentofEnergyEngineering,HanyangUniversity,Seoul133-791,SouthKoreaTheseauthorscontributedequallytothiswork.Compoundsemiconductorslikegalliumarsenide(GaAs)provideadvantagesoversiliconformanyapplications,owingtotheirdirectbandgapsandhighelectronmobilities.Examplesrangefromefficientphotovoltaicdevices1,2toradio-frequencyelectronics3,4andmostformsofoptoelectronics5,6.However,growinglarge,highqualitywafersofthesematerials,andintimatelyintegratingthemonsiliconoramorphoussubstrates(suchasglassorplastic)isexpensive,whichrestrictstheiruse.Herewedescribematerialsandfabricationconceptsthataddressmanyofthesechallenges,throughtheuseoffilmsofGaAsorAlGaAsgrowninthick,multilayerepitaxialassemblies,thenseparatedfromeachotheranddistributedonforeignsubstratesbyprinting.Thismethodyieldslargequantitiesofhighqualitysemiconductormaterialcapableofdeviceintegrationinlargeareaformats,inamannerthatalsoallowsthewafertobereusedforadditionalgrowths.Wedemonstratesomecapabilitiesofthisapproachwiththreedifferentapplications:GaAs-basedmetalsemiconductorfieldeffecttransistorsandlogicgatesonplatesofglass,near-infraredimagingdevicesonwafersofsilicon,andphotovoltaicmodulesonsheetsofplastic.TheseresultsillustratetheimplementationofcompoundsemiconductorssuchasGaAsinapplicationswhosecoststructures,formats,areacoveragesormodesofuseareincompatiblewithconventionalgrowthorintegrationstrategies.半导体技术对显示及太阳能产业的巨大影响半导体产业经过了50年的进展，其影响可以大致分为两方面。一方面半导体产业遵循着摩尔定律飞速进展，随着集成度不断提高，单个晶体管本钱不断降低，产品和应用层出不穷，可以说半导体产业的进展推动了一系技术帮助客户不断提高平板显示器的生产效率，降低本钱。对于兴的太阳能面板制造业也是一样，我们在半导体和平板显示器制造上的薄膜技术也可以借鉴到薄膜太阳能电池的制造上。将来推动半导体产业进展的主要动力来自于消费电子产品。消费者对产品的外观、功能、性能、功耗、价格提出越来越高的要求。系统厂商面临的本钱压力必定会向下传导到设备供给商。而且随着技术节点越来越小，如何在技术不断提高的状况下连续降低本钱，是我们面临的最大挑战。这里。我们看到一些半导体制造厂商在面临越来越高的研发本钱时，最终选择合作开发，以分摊本钱。摩尔定律要连续下去必需抑制很多的挑战。我们在谈到本钱时不是指设备本钱，而是单个晶体管的制造本钱。虽然在更小技术结点上设备价格提高了，但是由于单位面积上晶体管数量增加，所以单个晶体管的制造本钱反而下降了。应用材料公司正在使用一些创技术例如高K/金属栅极，铜/低K和双布图光刻等技术帮助客户在更小技术结点上以更低的单个晶体管本钱实现先进的制造工艺。应用材料公司始终走在纳米制造技术的前沿。如上所述，我们的应力硅工程技术以及高K材料协作金属栅极技术的应用都是将来65纳米以下高性能先进器件进展的主流。在器件越做越小的状况下，它们将有效降低晶体管功耗，提高性能。拥有可以在目前全球最大的玻璃基板上制造平板显示器的8.5示器的制造本钱，提升他们的市场竞争力。此外，应用材料公司去年进入了太阳能面板制造技术领域，运用半导体和平板显示器领域内成熟的薄膜技术，致力于不断降低太阳能电池的每瓦本钱，推动清洁能源的应用和普及。步降低，从而推动太阳能市场的进展。另外，这次北京奥运是一届人文奥运、绿色奥运。结合国家制定的可持续进展的战略，我们信任包括太阳能在内的清洁能源将迎来一次爆发性的增长。在中国大陆地区设立。但是，数字集成电路供给商的转移可能刚刚开头，我们觉得这个过程还需要时间。作为全球最大的纳米制造技术企业，应用材料公司是第一家进入中国市场的外资半导体设备供给商，我们在23年以前就开头了中国的业务。应用材料公司已经成立了4015年都是业界第一。我们的竞争对手在某些领快的进展。有关Semprius公司的文章技术可将太阳电池印在T恤上电窗户，汽车天窗甚至遮篷上。传统的硅太阳能电池刚硬、沉重而且不透亮光伏电池早已成为屋顶上一道人们熟知的风景线。可是在将来，微型太阳能电池还将会消灭在更多目前来说是意想不到的地方：发电窗户，汽车天窗甚至遮篷上。这项技术是一项要应用于塑料、布料及其他材料上印制超薄、半透亮及可弯曲的光伏电池技术。假设这在成卷的塑料膜上，这些塑料膜开放以后有几十种用途；或者印制在T恤及其他衣服的织物上，在穿在身上的同时可采集能源。这项技术的争论者是伊利诺伊大学厄巴纳•香槟分校材料科学与工程系的约翰•A•Semprius教授阿里•贾维和罗杰斯共同在《自然材料》杂志上发表了一篇有关这一争论的综述，他表示，这项技术为高效及柔曲的太阳能电池的大规模生产供给了一种独特的方案。乔·卡尔是Semprius小组开发的技术的专利授权。再加上硅原料资源充分，这使它们在技术应用上占据了主导地位。但是，硅的易碎性也限制了其应用的范围。罗杰斯博士“已经解决了从硅材料或其他无机材料上截取薄层，并将这些薄层附着在其他材料外表的难题。”在过去五年里，罗杰斯博士和他的同事们始终致力于可弯曲电器的争论工作，而这项技术是他们的最科研成果。罗杰斯博士介绍说，他们先使用标准平版印刷技术将薄型太阳能电池印制在半导体晶片上，然后再用软橡皮图章将硅电池转而印制到另一种物质外表上。坎钱·古萨是Semprius公司的一名高级科学家，他正在检查一块排列有微型太阳能电池的铜镀膜玻璃模块。这种刚性太阳能电池装置应用于大型太阳能安装。Semprius·摩尔正在监控着太阳能电池印制机。软橡皮图章的粘性外表“吸附起硅电池，”他说，“这样软橡皮图章就附上了这些硅电池。然后，我们就用这图章将硅电池印制在其他物体上，比方印制在一张塑料膜上。”哈佛大学化学与化学生物学教授、著名化学家乔治•M•魏赛兹表示，罗杰斯博士的这项争论充分利用了多年来硅制造的进展成果，同时也抑制了硅材料的根本局限性。魏赛兹博士说：“硅材料确实不错，但始终局限于在坚硬的不行弯曲的平面上制造各种硅产品。”伊利诺伊大学厄巴纳·香槟分校的约翰·A·罗杰斯教授和他的争论小组开发了一项技术，可以将用来采集太阳能的光伏电池印制在柔性材料外表。罗杰斯博士沿用了硅器件的制备技术，但他研发出的方法突破了早期硅材料缺乏弹性所造成的局限性。魏赛兹博士说：“他开发出了一项重要的技术，为开拓的应用领域奠定了根底。”贾维博士表示，太阳能电池的半透亮化可能产生的用途，比方，在染色窗镀膜中参加这样的薄膜以增加发电功能。通过削减镀膜中的电池，可以转变其密度，从而可以调整电池透光度，以便增加室内采光，“这样你就能像透视染色薄膜一样透视电池。”圆形玻璃片将太阳光均匀分布给太阳能电池。在Semprius位于北卡罗来纳州达勒姆的工厂里，该公司正在开发太阳能电池阵列技术。该公司首席执行官乔•卡尔说：“我们对这项技术所带来的商机简直是应接不暇。”他透露到，Semprius目前正在为潜在客户开发相关的太阳能光伏组件，包括为几家汽车公司研制他们所感兴趣的用于汽车车顶的电池。Semprius公司承受的印制技术使用砷化镓作为半导体。它能比硅有效地吸取光能“这种技术所带来的电池卷曲性及透亮性是很重要的，”他说，“但是，对于需要低本钱的太阳能产业来说，本钱是首要考虑的因素。”这项技术制造的电池厚度通常仅仅是两微米(一微米是一个百万分之一米)。“越薄本钱越低。”这种太阳能电池相当富有柔性，一厚叠电池可以紧紧地裹住一支铅笔或钢笔超薄柔性硅电池将为发电业供给替代方案在人们眼中，屋顶上的光伏电池早已是司空见惯。但在将来的某天，较现在更为小巧的微型光伏电池会在更多地方得以应用，窗户、车顶甚至遮阳篷都会消灭它们的身影。伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校(UniversityofIllinois，Urbana-Champaign)材料科学与工程系教授约翰·罗杰斯(JohnA.Rogers)能。太阳能穿上身走下屋顶。型硅电池既可印在塑料卷的外表，开创多种功用，又可印在T恤或其他衣物上，在人们穿着时采集能量(Durham)Semprius，公司打算在一年内推出用以制造这种硅电池的模块。加利福尼亚大学伯克利分校(theUniversityofCaliforniaBerkeley电气工程师及助理教授艾里·杰维池供给了思路。传统工艺制造的太阳能硅电池刚硬、沉重且不透亮，但由于稳定、高效的特性，以及用之不竭的硅资源，使其照旧在市场中占据主流。不过硅的易脆性最终还是限制了其应用范围。杰维博士称：“罗杰斯博士已解决了技术上的一系列障碍，技术可以从硅或其他无机物中截取薄层，并将这些薄层附着在其他材料的外表之上。”制硅工艺罗杰斯博士及其团队在过去5果。罗杰斯博士称，他们会先用标准平板印刷术将薄薄的太阳能电池安装到半导体晶片上，而后用一枚软橡皮印章转移到其他材料上。罗杰斯博士补充道：“印章的黏性外表能吸附起硅电池，你可以把此时硅电池想象成印章上的„墨水‟，随后我们用印章将电池印到其他材料，譬如这片塑料上面。”哈佛大学化学与化学生物学教授、著名化学家乔治·怀特赛兹(GeorgeM.Whitesides)称，罗杰斯博士的争论成果一方面依托于近年来制硅技术的进步，另一方面也抑制了硅无法大规模应用的根本缺陷。他说：“硅的性能没的说，但从前刚硬粗糙的硅对生产造成了诸多限制。罗杰斯博士将无机物截取技术应用到制硅领域，抑制了传统工艺生产的硅缺乏