半導體產業大革命,不用石化材料美國工程師用「紙」做出了晶片

  • 生活中許多電器裡的半導體晶片,都是有毒物質做的

2007 年九月,在威斯康辛大學麥迪遜分校從事微波積體電路研究的一名工程師,Zhenqiang “Jack"  Ma 有一天在翻閱科技雜誌《IEEE Spectrum》時,偶然發現一件令他非常震驚的事實。

「我那時候才知道美國每天有多達四十二萬六千支還可以用的手機被丟掉!這真的太讓我驚訝了。這可不是一個小數目,身為一個工程師,我知道這是個令人擔心的問題。」這確實是個問題,因為每支手機裡面都裝有含砷化鎵的晶片,而砷化鎵是有毒的。

  • 為了環保,改用「紙」做晶片

後來,Ma 和材料科學家 Shaoqin “Sarah" Gong,以及其他幾位同事,共同在《Nature Communications》期刊,發表一篇研究,提出製造一種能夠被生物分解的「木製」半導體晶片的技術。更厲害的是,他們證明這種生物可分解的微波晶片的效能,跟矽晶片或者砷化鎵晶片一樣好!

「我們的靈感就來自那篇 IEEE Spectrum 的文章。」Ma 說道。

大部分晶片的基底原料都是矽、砷化鎵,或其他石化材料,無法被生物分解;而 Ma 以及他的夥伴們所開發出來的「綠色晶片」基底,可以說是用「紙」做的,但並不是一般的紙。一般紙張纖維的粗細有十微米,較為粗糙而且容易撕破,但他們所用來製造晶片的纖維更纖細、更小。

「如果你把木材絞碎到奈米尺寸,你就會發現那些纖維變成一個一個單一的結晶。如果你把這個材料用來作為晶片的基底,它將會變得非常強韌,比我們日常所用的紙張更為堅固。」他說。「它會變成透明的,而且會散失較少的電磁波能量。」

NewEleconCNF-1433261427361

(圖片來源: Yei Hwan Jung/Wisconsin Nano Engineering Device Laboratory)

這種奈米級纖維的「紙」,厚度只有兩百微米。雖然他們會把它裹上一層環氧樹脂防止潮濕,但並不影響它的生物分解性。開發人員說道:「如果你把它丟到一個充滿真菌的環境,它還是可以被菌類分解。」

要製作這種綠色晶片,他們還是必須先以矽或砷化鎵等材料為基底來製作電路,然後再將電路「轉印」到剛剛所說的奈米材料上。透過這種技術,開發人員已經可以做出許多原本以砷化鎵為材料來製作的裝置,例如:雙極性電晶管、包含電容器的迴路、射頻電感、蕭基二極體等等,而且效能並不比原本的差。開發團隊也展示了利用纖維作基底製作的矽半導體迴路。

  • 不只可以做晶片,這張紙將會有更多用途

這種纖維材料除此之外還可以有更多應用的可能性,比如說光電伏打電池或顯示器的材料,因為它的透光性比玻璃更好,Ma 這麼說。

如果可以使用這種纖維材料來製作晶片的基底,將可以把砷化鎵的用量減少三千倍,讓晶片的生產符合美國環保局的污染相關標準。同時,這也可以降低生產成本,減少電子產品中像是砷化鎵、純化的矽等等昂貴材料的用量。

「我們期待看到這種材料在未來能得到更多應用。」Ma 說。在他們提出的論文當中,還包含了針對目前電子晶片使用傳統材料來生產,以及用他們提出的新穎材料來製造的市場分析比較。他們認為,未來使用新穎材料來生產的電器產量,將大幅超過傳統材料。

(文章來源:IEEE Spectrum;圖片來源: Yei Hwan Jung)

說點什麼吧!

SPONSOR

熱門 未分類 分類文章