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从一幅图片洞察创富前景的印度有机电子科学家

[日期:2005-09-22] 来源:广电电器网整理  作者:David Lammers [字体: ]

    Ananth Dodabalapur现任市德克萨斯大学奥斯汀分校电子和化学工程教授,他同时也是OrganICID的创始人之一。OrganicID是一个致力于开发低成本有机RFID标签的公司。从电子纸张、柔性显示器到每枚只卖一美分的RFID标签,从1991年起参加在美国贝尔实验室开始的第一个有机电子项目研究以来,这些都是Ananth Dodabalapur一直在努力实现的目标,而他所做这一切都源自他在一本杂志上看到的一幅图片。

    那时候Ananth Dodabalapur还在贝尔实验室从事无机半导体的研究。1991年的一天,在《自然》杂志封面上看到一幅软性聚合体LED的照片。Ananth Dodabalapur边看边对自己说“这对器件物理学而言简直就是一座富饶的金矿!”

    化学传感利用了有机半导体是化学物质这一事实,有机半导体从气态或液态发生转换时会与其他化学物质产生作用。这种传感器件工作的方式十分自然,利用分子的共同作用来传输电荷。

    在作用过程中,传感材料会发生变化,但这些变化通常都是可逆的。大部分材料可以耐受多达70次的重复使用,但酮和其他一些较强的化学物质可重复使用的次数较少。

    这种有机半导体与其他化学物质产生的相互作用强弱程度恰好合适,既足以让传感器感受得到,又不至于使材料产生不可逆变化。我们可以为这些有机半导体装配有机接受器并增大传感器的选择性(selectivity)。但这类传感器的重用问题较难解决。因此通常我们不考虑重用,在提取出有用信息之后就将其丢弃。其实,这种构建一次性传感器的方法更实用一些,因为这样就能保证在开始工作时,器件的工作环境很单纯。

     由6个人组成的核心小组一直都在研究这个项目(Ananth Dodabalapur是2001年才到德克萨斯来的)。进干欧洲已经有人开始研究,但这是美国第一个有机电子项目。贝尔实验室主要进行高分子晶体管的研究,此外也研究了能够发红光、绿光和蓝光的有机发光二极管。索尼的Supertop彩色LCD显示器就采用了几种这样的技术。

    迁移率最高的晶体管是基于并五笨的晶体管,但如今这种晶体管的稳定性已经不是最佳,而且其处理也很困难,因为并五笨必须在真空下才能沉积。如今有些新材料的使用寿命比它更长。这些都是共轭有机物,其中交替的单双键使电荷能够轻松移动。要获得高迁移率,需要将他们有序排列,并尽可能晶化。

    所有共轭有机物中都存在一个限制因素,即载流子和声子的交互作用。这些材料都属于软性材料,电载流子会与晶格相互作用。室温下,这种耦合问题会限制电子的迁移率。硅的迁移率为每伏特秒几百平方厘米,砷化钾则可达每伏特秒几千平方厘米,而有机物的迁移率大约不到每伏特秒10平方厘米。但这样的性能对RFID标签恰好合适,对电子纸张而言更是绰绰有余,这已能满足许多应用的要求。

    如今,有些材料的迁移率在0.1到1平方厘米每伏特秒,例如非晶硅,这种材料他们已经研究了20年。这些有机分子都比硅原子大。并五苯是我们常常公开讨论的一种材料,其分子大约有20埃,而硅晶格的间距只有几埃。

    一美分的RFID标签对晶体管的要求比显示器对晶体管的要求更高,因此迁移率要求也相对较高。通道尺寸必须很小,这样才能使电路结构小巧实用,其设计规则只能是几微米。只需4千到5千个晶体管就能构成一个天线、一个RF前端、处理器和存储器

    电子纸张在视觉和感觉上都很像普通纸张,但其中的信息却可以通过电子方式改变。将来我们就能够下载图书,然后利用这类显示器阅读书本。制作普通纸张需要付出许多代价,而且就环保而言,可重复使用的电子纸张也是很具吸引力的。我们需要性能满足要求,柔韧密集的晶体管阵列来作为电子纸张的底板。

    我们已经证明了1000个有机晶体管CMOS电路就应该能够达到这一目标。在大多数情况下,有机电子都能十分有效地用作阅读驱动器。当时钟频率为1KHz时,我们能在1秒钟内改变1000×1000象素内的所有信息,如果再使用一些电子技巧,这一时间甚至可以缩短到几分之一秒。这已经完全能够满足阅读的需要。在一台高速计算机上切换网页所需花费的时间都不止一秒。

    有了电子纸张,读者不但可以将它拿在手中弯折,也无需担心它会掉在地上摔坏。因此,我们只需坐下来并放松自己,享受阅读的快乐。笔记本电脑的LCD显示屏已经一天比一天做得更好,但其舒适程度再怎么也无法和手里拿着东西阅读相比。当然,成本低廉也是电子纸张的另一优势。

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