超高速柔性单晶硅电子器件及多功能电路的研究

卓越的机械特性、更轻的重量以及廉价的成本等诸多独特优势使柔性电子器件的研究和应用迅速兴起。速度是柔性电子器件最重要的指标之一，速度提高将大大提升如数据传输、功率增益、功耗等各方面性能。但由于缺乏有效的高速柔性电子科学理论基础、器件模型和设计制造方法，目前柔性电子器件的研究仍局限于低速或中等速度的范围，超高速(最大振荡频率达到Ku频带：12GHz-18GHz)柔性电子器件及多功能电路无法实现。本项目将针对以上亟待解决的基本问题进行科学研究：探索分析制约柔性电子器件提升到超高速水平的关键机制和物理参数，为超高速柔性电子器件及其它相关高速研究领域打下理论基础；添加或修正影响超高速工作的关键参数，建立准确的器件模型；创新单晶硅器件设计制造方法。本项目将为实现超高速柔性电子器件及多功能电路提供必要条件，为各领域所迫切需要的应用及发展奠定基础，如高速电子通讯，生物电子器件，及高速雷达，航空航天应用等。

柔性电子器件具有以往传统电子器件所不具备的诸多独特优势：结构轻薄；可弯曲变形；可附着于任何形状的表面上；机械稳定性高，在受外界撞击时所受的影响更小；可大面积使用，并可以方便的卷起或折叠，使得保存、运输以及使用大大简化。柔性电子学成为一门综合电子、材料、机械、力学以及生物医学等多领域的新兴交叉学科。器件速度是柔性电子器件最重要的性能指标之一，速度的提高将大大提升如数据传输、功率增益、功耗等各方面的性能。高性能柔性电子器件及电路具有非常广阔和重要的应用前景：例如WiFi可携带电子器件、高速电子通讯系统，高速物联网识别及传输系统，可植入人体的生物电子器件，柔性传感器，以及军用民用高速雷达、通讯天线，航空航天应用等等。本项目开展的基础性科学研究重点针对高速柔性单晶硅电子器件与电路的机制模型研究与性能提升。本项目研究所取得的工作进展和成果主要包括：1. 对高速高频工作条件下的柔性单晶硅电子器件的各项主要物理机制和器件参数进行理论分析研究，包括分析与器件速度相关的机制及参数，分析超高速柔性单晶硅电子器件电路与传统电子器件所不同的主要工作机制、结构与参数等，并建立相关的理论分析模型。2. 依据分析获得的高速柔性电子器件的工作原理，建立适用于高速柔性电子器件电路的电学模型，并根据高速柔性电子器件的主要影响机制与参数对器件电路模型和仿真软件模型进行相应的物理机制和器件参数修正，通过多种类型器件电路的实验测试数据进行验证与优化。3. 设计制造多种类型的高速柔性单晶硅电子器件，并根据器件理论与模型进行结构、工艺等的优化，提升器件速度及其他相关性能，实现了多种高性能高速柔性电子器件（如特征频率达到Ku频带的柔性薄膜晶体管器件），并以此为基础设计制造了高速柔性功能电路。对于未来设计制造高速柔性电子器件电路具有一定的指导意义。综上所述，本项目从基础理论、器件结构工艺、模型建立、性能表征等方面对超高速柔性单晶硅电子器件与电路进行了分析与研究，加深理解了高速柔性电子器件的工作机制与关键参数，实现了多种类型的高速柔性单晶硅电子器件与电路，有效地提升了柔性电子器件与电路的速度特性，为后续对高性能柔性电子器件更加深入、全面的研究工作奠定了基础，也对提升我国相关领域科技创新能力具有促进作用。