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東海大學應用物理學系-最新消息-研究-研究速報:本系蕭錫鍊老師「半導體奈米層狀結構及其製作方法」獲台灣及美國專利

研究速報:本系蕭錫鍊老師「半導體奈米層狀結構及其製作方法」獲台灣及美國專利

  • 單位 : 物理系
  • 分類 : 研究
  • 點閱 : 2779
  • 日期 : 2018-03-17
東海大學應用物理系蕭錫鍊教授所開發之「奈米線紙」,為一可廣泛應用於各種用途、物理特性良好之新世代複合材料,獲得台灣與美國專利。

以多種具有特定功能半導體奈米線結構為基礎材料,組裝製作成「超薄膜片」或紙張,可應用於可捲曲(flexible)半導體電子元件、光電元件、化學感測器、生物感測器、觸控壓力感測器、太陽能電池、熱電晶片或發電機、電池電極、顯示器、量子電子元件等,並能與紡織品、紙、塑膠、玻璃、橡膠、高分子聚合物、金屬箔片等可捲曲材料結合,達到輕、薄、可捲曲、多功能作用,藉以提升其效能。

已開發之製程可以製作小自數毫米,大至數公尺之膜片,並可以用重複轉印的方式大量生產。

以不同的物理特性的奈米線基材,可以製造出各種不同的奈米線紙,應用極廣。半導體奈米線基材本身具有優異的半導體特性,所組裝之奈米線紙也可展現半導體特性,可以進行傳統半導體工業加工製作電子元件及電路,形成軟性電子元件、晶片或裝置。若採用之半導體奈米線基材為絕緣體,所組裝製作之奈米線紙可展現絕緣體特性,且具有可捲曲、耐高溫、輕、薄特性,可作為軟性電子(flexible electronics)基板、分子篩、質子交換膜等。在半導體奈米線基材中摻入特定雜質則可展現導體特性,可作為電池電極、天線、電磁波過濾器、電磁遮蔽膜。此外,利用半導體奈米線受外力扭曲程度嚴重影響其導電性之特性,可作為壓力感測器,應用在觸控面板或機器人皮膚壓力感測等,相較於傳統壓力感測器具有高空間解析、高壓力解析特性。

以上述多樣化的奈米線基材所纏織而成的奈米線紙,與金屬薄片、紡織纖維、紙、玻璃、塑膠等結合,可以製作出任意可變形狀之照明燈具、顯示器、光偵測器及太陽光電池,電視可以像畫布一樣捲起收納、窗戶、天花板、壁紙可以就是照明燈具、顯示器,隨意地變換顏色或圖像,所製作出來的太陽光電池可以與住家的屋瓦、採光罩、磁磚、身上穿的衣服、帽子、背的皮包、手機、手錶、汽車的外殼等結合,隨時隨地提供現代生活所需要的電力;相對於目前正發展中以有機分子材料(organic)所製作之照明燈具、顯示器、太陽光電池,半導體奈米線無機材料及高結晶性的特質,將具有高壽命、高性能、高效率及高熱穩定性等優勢,是一種非常具有應用潛力、前瞻性的新材料。

圖 a. 具p-i-n結構之筆直豎立矽奈米線陣列。
圖 b. 具p-n結構之不規則矽奈米線陣列。
圖 c. 轉印後之矽奈米線網狀陣列超薄膜片SEM剖面影像。
圖 d. 半導體奈米線網狀陣列超薄膜片轉印製程示意圖。