探究硅制可降解电的可行性

有些科学家想制造出能存世几百年甚至上千年的东西，有些科学家却想让他们制造出的东西快速消亡。日前，来自美国的一个科研团队就想方设法地要让看似经久耐用的硅制电路在几天甚至十几个小时之内化为乌有。

他们将这种能够在水或者生物质液体中存留一定时间而后发生分解的电路称为“瞬时电路”。该技术将有望在生物医学植入、可降解传感器以及许多其他半导体设备领域获得应用。

这项研究由美国伊利诺伊大学厄巴纳—香槟分校的约翰·罗杰斯和塔夫斯大学的洛伦左·奥姆内托领衔，相关论文发表在《物理评论快报》上，他们对各种可溶性半导体材料的性能和溶解时间进行了分析。研究表明，硅这种在今天的电子元件中最常见的半导体也能溶于水。

研究人员发现，虽然大块的硅需要上百年甚至几个世纪才能溶解，但硅薄片却能在一个看似缓慢但仍能被人接受的时间内完成分解，这个速度大概是每天5—90纳米。硅在水中溶解，会与水反应形成硅酸。而硅酸具有生物相容性和环境友好的特征，因此完全可以在生物医学植入和环境监测中进行应用。

在这项新的研究中，研究人员对二氧化硅和钨的溶解特性进行了分析，这是他们用来制造场效应晶体管和环形振荡器的材料。在生物相容的条件下——温度37摄氏度，pH值7.4，用钨制成的部件溶解速度大约是1周的时间，二氧化硅组件的溶解速度从3个月到3年不等。

研究人员发现电子设备的溶解速度与材料的厚度、溶液中离子的类型、浓度，以及制造二氧化硅原始基板的沉积方法相关。通过显微镜观察，他们发现，电路的溶解并不是按照一层一层的方式来进行的，而是有些地方的溶解速度更快。这是由于一些电路的机械结构更为脆弱，溶液更容易渗入其中。

虽然有机电子材料也能够实现可生物降解，但基于硅的电子器件具有性能更好以及使用互补金属氧化物半导体（CMOS）制造工艺能够实现大规模生产的特征。

罗杰斯称，他们在此项研究中最大的一个发现是，制造传统芯片的工厂完全能够通过选材、设计以及加工工艺顺序的改变生产瞬时电路。这将在很大程度上降低瞬时电路制造成本，缩短其技术转化过程。

瞬时电子设备具有非常广泛的应用领域，特别是在医疗领域当中。例如，它们可以被用来制造可以溶解的导管；用来监测肾脏、心脏或肺的可生物降解的传感器；术后用于监测细菌感染的水溶性电子设备等。在用于环境监测时，瞬时电路可以从远程位置发送数据，任务完成后可降解到土壤当中，减少对环境带来的污染。

罗杰斯说：“我们正在与一些工厂进行接触，希望能一起制造出更先进的可降解电路和传感器，让具备水溶性的聚合物电路基底成为可能，相信在不久的将来上述设想都能够成为现实。

编辑：jq