柔性电子技术要实现“刚柔并济”,力学与封装是两大难题

折叠屏手机已上市，柔性芯片也来了。尽管如此，在以“硬质”为主导的电子世界里，柔性电子技术才刚刚起步。

日前，第二届柔性电子国际学术大会(ICFE 2019)在杭州举行。记者采访了解到，方兴未艾的柔性电子技术，要实现与现有电子系统“刚柔并济”，还需要突破不少挑战。

力学与封装是两大难题

柔性屏幕、柔性芯片、柔性电极只是柔性电子技术的冰山一角。实际上，信息技术所涉及的传感、信息传输、信息处理、能源存储等多种环节都有望实现柔性化。

据介绍，柔性电子概念最早可追溯至对有机电子学的研究，大约起步于上世纪60年代，当时科研人员试图用有机半导体替代硅等无机半导体，从而使有机电子器件具备柔性特点。不难想象，作为一个新兴领域，目前柔性电子技术的研发过程仍充满重重挑战。

清华大学材料学院副院长认为，整体而言，目前柔性电子技术主要面临两个挑战。“第一个挑战是力学问题，柔性电子元器件在反复折叠、弯曲时会不断承受交变应力，时间久了容易开裂、出问题，目前主要通过结构设计克服这个问题。”他说，第二个挑战是电子封装问题，就是把在柔性基板上集成的部件严丝合缝地封装在一起，并实现预期功能。

二维材料或是未来选择之一

在柔性电子器件的材料选择上，科研人员也在不断摸索。因为硅在目前半导体材料中占主导地位，把硅基片柔性化，可以说是实现柔性电子系统的“捷径”。

不过，受摩尔定律制约，硅基半导体的性能几乎发挥到淋漓尽致，逐渐接近天花板。对于柔性电子领域而言，探索新的适用于不同应用场景的柔性材料，也变得迫切起来。

目前，国际上对柔性电子材料的选择主要有两种思路。一种思路是从传统的无机材料转向有机材料，比如将高分子材料、有机半导体用于柔性电子材料。另一种思路是将有机材料和无机材料相结合，使用所谓的混合材料来研发柔性电子技术。

自石墨烯被制备出来后，由单层原子构成的锡烯、二硫化钼和黑磷等二维材料受到半导体行业关注，二维材料的相关研究也将有益于柔性电子技术发展。

很多二维材料已经表现出比传统硅材料更加优越的性能，比如更高的电荷迁移率，更小的功耗等等。研究基于二维材料的柔性电子元器件，可能是未来的发展方向之一。