導讀
近日，澳大利亞國立大學的工程師們發明出一種含有無機和有機材料的半導體。它可以非常高效地將電力轉化為光線，並具有足夠的薄度和柔性，有助於製造可彎曲的設備，例如手機。
背景
全球範圍內，廢棄電子產品會產生巨量的電子垃圾。這些電子垃圾不僅將對環境產生不可逆的危害，而且也會危害人體健康，引發癌症等多種疾病。
或許，我們不禁要問：為什麼電子垃圾會產生如此大的危害呢？原因就是，目前流行的智能手機、平板電腦、便攜式電子產品等, 為了長期穩定地保持功能，通常會由不可降解、非常穩定、甚至可能有毒的基底材料和電子元器件製造而成。不少的電子元器件中都含有有毒的化學物質與重金屬，例如汞、砷、鉻、鉛、鉻、溴化阻燃物、鋇、鈹、磷化物等。
目前，處理電子垃圾的常規方法有填埋、焚燒、化學處理。可是，這些處理方法具有一個共同的缺陷，就是會帶來環境汙染。為此，筆者也曾介紹過一個創新、環保的方法：冷凍粉碎處理法。
雖然上述的創新方法能更環保地處理電子垃圾，但是治理電子垃圾還是要從源頭抓起，杜絕電子垃圾的產生。傳統的電子元器件都是不可生物降解的，也沒有生物相容性，且含有大量對環境和人體有害的物質。因此，要從源頭杜絕和減少電子垃圾的產生，就要探索出有機、環保、生物可降解的新一代電子設備。之前，筆者介紹過此類電子設備的研究案例，例如：
1）瑞士蘇黎世聯邦理工學院（ETH）的科研團隊開發出一款可測量溫度的可生物降解的微型生物傳感器，未來將有望實現食品的物聯網：“食聯網”。
2）美國斯坦福大學的科研人員研製的柔性、有機、可生物降解的電子設備。它不僅環保，而且具有極佳的生物相容性，因此可用於可穿戴電子設備、植入式設備等領域。
（圖片來源：斯坦福大學 / Bao lab）
3）美國賓漢姆頓大學開發出一種紙基微生物燃料電池，它不僅可生物降解，而且效率比之前更高。
創新
今天，筆者再為大家介紹一個這方面的研究案例。近日，澳大利亞國立大學（ANU）的工程師們發明出一種含有無機和有機材料的半導體。它可以非常高效地將電力轉化為光線，並具有足夠的薄度和柔性，有助於製造可彎曲的設備，例如手機。
Larry Lu （左）和 Ankur Sharma （圖片來源：Jack Fox, ANU）
技術
有機成分的厚度僅為一個原子，並且僅由碳元素和氫元素組成，這種有機成分是澳大利亞國立大學開發的半導體的一部分。無機成分的厚度約為兩個原子。這種混合結構能有效地將電力轉化為光線，用於手機、電視和其他電子設備的顯示屏。
這種裸眼不可見的半導體材料，位於芯片上的金電極之間，是一個功能晶體管。芯片可容納約一千個晶體管電路。
（圖片來源：Jack Fox, ANU）
團隊一個分子接一個分子地生長出有機半導體成分，這種方式類似3D打印。這種工藝稱為“化學氣相沉積”。
價值
這項發明，也為用可生物降解、易回收利用的有機材料，製造新一代高性能電子設備打開了大門，並有望幫助大幅減少電子垃圾。作為領導的澳大利亞國立大學工程研究學院的副教授 Larry Lu 表示，這項發明是這一領域的重要突破。
Lu 副教授稱：“第一次，我們開發出了一種具有卓越半導體特性的超薄電子元件，它具備有機-無機混合結構，以及足夠的薄度和柔性，有望用於未來的技術，例如可彎曲的手機和顯示屏。”
澳大利亞國立大學博士研究員 Ankur Sharma 表示，實驗表明，他們設計的半導體的性能，比由無機材料例如硅製成的傳統半導體，要高效得多。
澳大利亞國立大學工程研究學院的 Sharma 先生表示：“我們有望通過這種半導體讓手機像如今的超級計算機一樣強大。”
“我們設計的半導體結構發出的光線非常銳利，可用於高分辨率顯示屏，而且由於材料是超薄的，在不久的將來，它們可以靈活地應用到可彎曲的顯示屏和手機中。”
Lu 副教授表示：“我們描述了我們發明的設備的光電和電氣特性，從而證實了它在未來半導體元件方面的巨大應用潛力。”
未來
Lu 副教授還表示：“我們正大規模地生長半導體成分，這樣可以與未來的工業合作伙伴進行商業化合作。”
關鍵字
有機電子、柔性電子、半導體
【1】http://www.anu.edu.au/news/all-news/part-organic-invention-can-be-used-in-bendable-mobile-phones
【2】Linglong Zhang, Ankur Sharma, Yi Zhu, Yuhan Zhang, Bowen Wang, Miheng Dong, Hieu T. Nguyen, Zhu Wang, Bo Wen, Yujie Cao, Boqing Liu, Xueqian Sun, Jiong Yang, Ziyuan Li, Arara Kar, Yi Shi, Daniel Macdonald, Zongfu Yu, Xinran Wang, Yuerui Lu. Efficient and Layer-Dependent Exciton Pumping across Atomically Thin Organic-Inorganic Type-I Heterostructures. Advanced Materials, 2018; 30 (40): 1803986 DOI: 10.1002/adma.201803986
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