“我们的方法获得了目前报道的最高可拉伸晶体管阵列密度，可在比拇指还小的面积（0.c㎡）上集成超过1万个弹性晶体管，比此前的纪录提高了倍以上。”斯坦福大学鲍哲南课题组博士后研究员郑雨晴告诉DeepTech。

聚合物电子材料使柔性可穿戴的电子设备成为可能。然而，由于缺乏可用于电子皮肤和弹性电路的通用微纳制造技术，器件密度一直难以得到有效提高，信号记录和处理能力也相对有限。

近日，斯坦福大学鲍哲南教授课题组利用聚合物材料独特的可后修饰性，首次实现了有机导电、半导性和介电材料的全光刻直接图案化，并成功制造出可随意拉伸、弯曲且性能稳定的电路。

图

相关论文（来源：Science）

7月2日，相关研究以《高密度弹性电路的单片光学微光刻》（“Monolithicopticalmicrolithographyofhigh-densityelasticcircuits”）为题发表在Science。该论文通讯作者为斯坦福大学化工系鲍哲南院士，第一作者由斯坦福大学化工系博士后研究员郑雨晴、生物工程系刘宇鑫博士、化工系博士后研究员仲东来共同担任。

首次实现柔性材料全光刻直接图案化，弹性晶体管密度提高倍以上

电子皮肤或可穿戴的电子设备在生物研究、医学诊疗、柔性显示、脑机接口以及智能机器人领域发挥着举足轻重的作用。

但是，当电子器件同生物体结合时，由于传统的刚性电子设备与生物组织的不兼容，在机械特性上会出现巨大的鸿沟。

“鲍哲南教授课题组近20年来，一直致力于解决此问题，并通过发展柔性的电子设备，与不规则的3D形状的人体或生物体形成更好的结合。”郑雨晴介绍道。

图

像皮肤一样的可拉伸弹性芯片（来源：受访者）

事实上，实现电子设备的可拉伸性有不少方法，如应变工程法。

而鲍哲南课题组主要采用的是本征可拉伸器件，即每一层都用本身可以拉伸的材料共同构筑可拉伸器件。这样，理论上就具有了更高的器件密度以及更好的机械稳定性。

但是，新的问题也随之出现。由于该可拉伸器件使用的都是非标准的有机材料，而有机材料与光刻胶有着相似的溶解度。因此，它并不能像无机材料那样直接使用传统光刻进行加工。

“所以，当我们想要实现高度集成的本征可拉伸器件的时候，首先需要解决的是高通量、高精度的图案化柔性材料的问题，这也是我们研究的一个出发点。”郑雨晴表示。

该技术的灵感来自于传统的光刻胶。据了解，光刻胶是一种有机物，在光照的情况下会发生聚合反应，溶解度会发生变化。

研究人员本次使用的有机材料相比于无机材料最大的特点是，它拥有很好的可后修饰性，能通过后续的光照条件改变材料的溶解度。

该课题组在电子材料中引入光敏交联剂，通过调节电子材料的溶解度，将溶解度变小的部分保留下来，而没有发生化学反应的部分则会被溶剂洗掉，并在最终产生图案。

图丨单片光学微光刻用于高密度弹性电路（来源：Science）

借助该技术，研究人员成功在0.c㎡的弹性基底上集成了超过1万个可拉伸晶体管。他们认为，该数字还可以继续扩大，实现翻倍增长。

值得一提的是，晶体管阵列密度超过此前记录倍以上，可以在不影响其电学和机械特性的情况下实现高产量和出色的均匀性制造，性能则可与刚性电路相媲美。

打破电子皮肤产业化关键技术壁垒，加工工艺“精简化”

对电子皮肤来说，在人体有限的空间里，集成更多的传感单元、运算单元和显示单元，对于最终实现电子皮肤的功能非常重要。而衡量这种电子皮肤器件的功能强弱有一个很重要的指标，即集成度。

比如，在现在