条形码的出现使得结账更加快捷,磁卡的出现使银行业和购物发生了奇迹般的变化。但这些成就比起即将到来的下一代全塑料微处理器来说,就都黯然失色了。这种塑料微处理器价格低廉,功能强大,而且制造工艺简单。它可以使那些产品标签和一次性消费品具有一台小型计算机的数据存储和数据处理能力。这样,每天你就可以买一张扑克牌大小,并且具有交互功能的报纸了。

位于荷兰埃因霍芬的菲力浦研究实验室目前处于研发这种塑料集成电路的前沿。两年前,它们曾研制出第一块塑料集成电路板(ICs)。最近这个研究小组在《应用物理快报》上宣布,它们已经研制出一种全新的而且速度更快的集成电路板——高性能的塑料集成电路板。

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图为可测出血液胆固醇含量的传感器芯片

2000年10月研制出的新一代塑料集成电路是由半导体并五苯构成的,它处理数据的速度至少是第一代塑料集成电路的3倍。尽管这仍然比硅芯片的处理速度要慢,但是这对于一些诸如标签之类的简单应用来说,已经足够了。

塑料电子学得益于某些有机高分子(碳基)材料所具有的导电性。导电高分子材料具有一个共轭的分子结构,其分子链中的某些电子可以沿着主碳链的方向自由运动。

第一个真正的高分子电子器件是一个二极管,它于20世纪80年代研制成功导致了可以用于制造全彩色显示屏的塑料发光二极管的大发展。

塑料电子学有许多吸引人的地方,如高分子材料价格低廉、重量轻、易于变形;而且从原则上讲,把它加工成电路要远远比把硅或其他半导体材料加工成电路容易得多。

当然,塑料也有它的缺点。如它的导电性不如硅的导电性好;荷电粒子运动速度慢,从而导致了电子电路运行速度的降低。此外,由于有机高分子材料会变质,所以塑料电路的寿命也受到了很大的局限。

尽管现在用塑料芯片来制造计算机还不现实,但是却可以把它运用于一些成本低、时间短的领域,如电子标签等。

达革 · 德 · 里乌(Dago de Leeuw,小组负责人)和他的同事们最初是用两种高分子材料制造塑料集成电路的。其中电极是由聚苯胺制成,而在传统的集成电路中,电极通常是由金属制成的。另外,他们用PTV材料代替了传统的集成电路中的半导体硅。通过将一层高分子塑料沉积在另一层上,并且在两层中分别放入导线和电极,就可以制成一个集成电路了。

现在,研究人员通过采用一种新的设计方案和一种新的塑料半导体材料,改进了这种集成电路的性能。所有的集成电路的核心部件都是晶体管。晶体管有3个终端,用来控制它的开关。在里乌研究组最新研制的集成电路中,晶体管的位置与他们先前研制的集成电路中的晶体管的位置刚好颠倒。这使得在顶层和底层导电高分子材料之间的垂直连接变得更为容易了。同时,这种新方法使人们在选择半导体塑料以及选择把这种半导体塑料制成薄膜的技术方面,有了更大的灵活性。因此,制造一些更为复杂的集成电路现在已经成为可能。

[Nature,2000年11月14日]