盡管在開發(fā)可擴(kuò)展的加工技術(shù)和用于大規(guī)模生產(chǎn)本征可拉伸電子和光電設(shè)備的電荷傳輸材料方面取得了進(jìn)展，但一些技術(shù)限制阻礙了此類設(shè)備的實(shí)際使用及其向商業(yè)產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化。例如，通常用于沉積可拉伸柵極介電層的基于溶液的工藝與目前用于在工業(yè)中大規(guī)模生產(chǎn)此類技術(shù)的基于真空沉積的技術(shù)不兼容。此外，由于電介質(zhì)的厚度較大（即微米級），由此產(chǎn)生的電子和光電器件具有較高的工作電壓，這限制了器件在可穿戴或可植入應(yīng)用中的潛力。因此，迫切需要一種可拉伸的介電層，它具有優(yōu)異的電絕緣性和機(jī)械性能，在大面積上是均勻的，并且可以生產(chǎn)出所需的厚度，并可以使用基于真空的工具進(jìn)行沉積。用于實(shí)用、高性能本征可拉伸設(shè)備的理想可拉伸介電材料應(yīng)滿足以下要求。1）首先，沉積工藝應(yīng)與當(dāng)前的微細(xì)加工工藝兼容，并在大面積上生產(chǎn)厚度均勻的薄膜。這一要求意味著可拉伸介電層應(yīng)具有優(yōu)異的化學(xué)和熱穩(wěn)定性，以確保其與光刻、蝕刻和大面積薄膜沉積工藝兼容。2）此外，電介質(zhì)的厚度應(yīng)為納米級，以便能夠以最小的柵極偏置對溝道進(jìn)行電氣控制。3）最后，可拉伸介電層應(yīng)表現(xiàn)出優(yōu)異的絕緣和機(jī)械性能，以有效抑制柵極泄漏并防止重復(fù)機(jī)械變形后的擊穿。于此，韓國基礎(chǔ)科學(xué)研究所Donghee Son、Dae-Hyeong Kim和韓國科學(xué)技術(shù)院Sung Gap Im等人通過使用引發(fā)化學(xué)氣相沉積（iCVD）使兩種不同的單體丙烯酸異壬酯（INA）和1,3,5-三甲基-1,3,5-三乙烯基環(huán)三硅氧烷（V3D3）共聚，該研究獲得了一種可拉伸的聚合物膜。其中，INA充當(dāng)提供可拉伸性的軟段，V3D3充當(dāng)可交聯(lián)的硬段，賦予聚合物膜強(qiáng)大的絕緣性能。研究人員還研究了單體的混合比例，以優(yōu)化裝置的絕緣和機(jī)械性能，將具有優(yōu)化比例的共聚物稱為 pI1V1。
沉積的可拉伸聚合物薄膜在隨后的微加工過程中表現(xiàn)出優(yōu)異的化學(xué)和熱穩(wěn)定性。此外，iCVD 工藝生產(chǎn)的薄膜具有高度均勻的厚度，即使在晶圓級集成中也可以精確控制。因此，有可能制造基于真空沉積納米介電薄膜的本征可拉伸晶體管。研究人員使用半導(dǎo)體碳納米管 (s-CNT) 網(wǎng)絡(luò)作為通道材料。這些晶體管的電氣性能可與使用公認(rèn)的無機(jī)電介質(zhì)（例如 Al2O3）的晶體管相媲美，同時(shí)還具有高拉伸性。具有低工作電壓的本征可拉伸晶體管在各種生物醫(yī)學(xué)設(shè)備中具有潛在的應(yīng)用。使用納米級可拉伸電介質(zhì)的設(shè)備的開發(fā)將消除與使用過大功率相關(guān)的熱相關(guān)危險(xiǎn)，這些危險(xiǎn)可能會(huì)對與生物醫(yī)學(xué)設(shè)備接觸的生物組織造成嚴(yán)重?fù)p害。然而，由于這些晶體管的厚度相關(guān)的可拉伸性，仍然存在一些限制。在納米尺度上，由于無法承受大應(yīng)變的超薄外形，沉積電介質(zhì)的可拉伸性被限制在 100% 以下。將介電薄膜的厚度增加到微米級增加了機(jī)械穩(wěn)定性；但是，電氣性能會(huì)降低。因此，需要進(jìn)一步的工作來開發(fā)用于需要極高拉伸性的應(yīng)用的材料。相信，這些本征可拉伸的設(shè)備可用于下一代應(yīng)用，例如義眼。希望進(jìn)一步改進(jìn)沉積技術(shù)以開發(fā)用于多種用途的可拉伸薄膜，例如可拉伸封裝層和具有超薄外形的極度可拉伸薄膜。Koo, J.H., Kang, J., Lee, S. et al. A vacuum-deposited polymer dielectric for wafer-scale stretchable electronics. Nat Electron (2023).https://doi.org/10.1038/s41928-023-00918-y
