完全由纳米晶制成的晶体管问世！

材料牛注：晶体管的制造过程一直都是非常复杂的，这也限制了晶体管的发展与应用。最近，宾夕法尼亚大学的工程师研发出了全新的晶体管制备方法，即将材料成分以液态的纳米晶“墨水”的形式依次沉积，为晶体管大范围普及提供了可行的操作方案。

晶体管是电子产品的基石，但是其制造是一个非常复杂的过程，需要高温和高真空的设备。然而，现在这一切似乎有了改观。这项研究由美韩科学家合作开展，因为制备过程的环境温度较低与可以与大量材料相适应，因而这项技术可以大范围应用，从而打开了电器元件用于柔性和耐磨设备的大门。研究人员是通过旋转涂覆的办法将材料沉积到柔软的塑料衬底上制备纳米晶场效应晶体管的，此过程采用增材制造系统，类似3D打印。

研究人员首先将具有晶体管电性质的纳米晶体，或大致球形的纳米级颗粒分散在液体中，制造出四种纳米晶体的墨水，分别是：导体（银），绝缘体（氧化铝），半导体（硒化镉）和有掺杂剂的导体（银和铟的混合物）。“掺杂”晶体管的半导体层中有控制正、负电荷传输的控制器。研究人员之一的Kagan 说，“这些材料都是胶体，就像喷墨打印机中的墨水一样，但你可以得到你想要一些其他特性。我们的问题在于你是否能在需要特殊功能的晶体管的表面将它们沉积下来。”其中几个纳米晶体墨水的电性能已经分别得到了证实，但他们从未被组合成完整的设备。对此，另一名研究人员Choi说，“这表明所有组件，无论是晶体管的金属层、绝缘层、半导体层还是半导体掺杂都可以由纳米晶体制成。”

制造过程中，这需要采用精确的方式将其分层或混合。

首先，将导电银纳米晶体墨水从液体中沉积到用光刻掩模处理过的柔性塑料表面上。然后在平坦的层面迅速纺制绘制出来。然后把掩模移开，留下银墨水作为晶体管的栅极。随后在该层旋转涂敷氧化铝纳米晶体基的绝缘体层，再放置硒化镉纳米晶体基的半导体层，最后加上铟/银混合物的屏蔽层，形成晶体管的源极和漏极。当在相对低的温度下加热时，铟掺杂剂会从电极出来，扩散到半导体元件中。

参与研究的专家Kagan说：“用基于溶液的材料进行研究时，要确保添加第二层时不会去掉第一层，依此类推。我们必须在纳米晶体进入溶液以及沉积后，对其进行表面处理，确保它们拥有合适的电性能，并且按照我们希望的构造组合 在一起。”

与现有的基于真空的方法相比，这种完全基于墨水的制造过程工作温度更低，研究人员能同时在一块柔性塑料衬底上制造好几个晶体管。Kagan表示，在低温下大范围生产制备晶体管是包括物联网、大区域柔性电子和可穿戴设备等多项新兴技术的目标，我们还没有开发出所有的必要环节。

原文参考地址：Penn engineers develop first transistors made entirely of nanocrystal ‘inks’

感谢材料人编辑部王宇提供素材。