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新式半導體焊料刷新10倍電遷移率紀錄

上網時間: 2015年03月03日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:液化處理  電晶體  焊料  3D列印  電遷移率 

透過在攝氏幾百度的溫度下產生液化處理電晶體,美國的研究人員們最近寫下了新的世界紀錄。他們利用一種「神奇的焊料」,以一種能夠適應不同半導體的新式無機焊料為基礎,成功地接合了原先無法進行焊接的半導體。

這種焊料還可以採用積層的方式,透過接合粉末的形式成為連續的單晶材料,製作出新的半導體材料;而且,這種新式焊料甚至還能用於 3D 列印,接合原本完全不相容的材料。

這種神奇的焊料是由美國芝加哥大學(University of Chicago)攜手能源部阿崗國家實驗室(ANL)與伊利諾理工學院(Illinois Institute of Technology)共同開發的。

「我們的『焊料』是一種可作為液體使用的無機水溶性材料,能夠在適度的加熱下變成一種無機的半導體,」芝加哥大學教授Dmitri Talapin表示,「其訣竅在於找到一種可溶性且不起反應的化學物質,而且它也不至於污染半導體表面。」

新的半導體焊料研究
博士後研究員Jaeyoung Jang透過環境控制的手套箱進行新的半導體焊料研究。
(來源:美國芝加哥大學)

Talapin的研究團隊搜尋過多種無機化合物,最後才找到了這種正確結合鎘、鉛和鉍的液體形式。這種焊料在用於接合兩種以往無法進行焊接的材料時,能同時保有導電性,因而可自動地因應原先無法順利焊接的材料特徵進行調整,然後分解並重新形成一種無縫的接合。此外,由於這是一種液化的材料,因而能夠經由混合其粉末形式製造成焊料,然後施加攝氏幾百度的適度加熱,製造出一種就像是以單晶方式從高溫爐中生長出來的新型態半導體。它還可用於 3D 列印,形成新材料並轉化為各種形狀與尺寸。

新式焊料可成功接合以往無法焊接的各種半導體
芝加哥大學教授Dmitri Talapin主導的研究團隊開發出一種新式焊料,能夠成功接合以往無法焊接的各種半導體。
(來源:美國芝加哥大學)

「我們發現可以用很細的粉末來進行焊接,以便連接晶粒,並製造出電遷移率媲美單晶的材料,」Talapin表示,「關於3D列印——目前還在開發階段。我們現在主要集中在熱電材料的研究。」

一種可接合不同半導體類型的焊料克服以往無法焊接的挑戰
Dmitri Talapin的研究團隊成功開發出一種可接合不同半導體類型的神奇焊料,克服以往無法焊接的挑戰。
(來源:美國芝加哥大學)

Dmitri Talapin的研究團隊開發出的神奇焊料克服了傳統上無法接合不同半導體表面的障礙,因為不同的半導體表面通常對於雜質與結構性缺陷十分敏感。如今,研究人員們證實了這個概念,他們計劃進一步最佳化目前的配方,並積極尋找可展現更佳效果的其他化合物。

可塑性半導體材料研究
芝加哥大學博士候選人Hao Zhang在實驗室中研究可塑性半導體材料。
(來源:美國芝加哥大學)

「接下來我們將繼續尋找更好的焊料、為其進行詳細的特徵化,以及展示有關的新應用,」Talapin表示,「目前已經有一個大型的組織打算把我們的研究成果轉變成針對現實世界應用的一連串新技術。」

加熱液化材料,使其轉變成半導體焊料
芝加哥大學博士候選人Dmitriy Dolzhnikov正加熱液化材料,使其轉變成半導體焊料。
(來源:美國芝加哥大學)

研究人員們認為,透過為這種新材料進行積層製造,將有助於推動 3D 列印、平面顯示器、太陽能電池以及熱電發電機為物聯網(IoT)裝置供電的發展。他們甚至想像可透過減層製造的方式製造電晶體,從而實現一種新式的開關;就像目前以積層方式開發出具有高性能特色的元件一樣。這些電晶體可利用混合於液體焊料的粉末列印出來,然後在蒸發後留下單晶般的高性能半導體。

編譯:Susan Hong

(參考原文:Hi-Speed Transistors from Liquid Processing,by R. Colin Johnson)





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