在許多應(yīng)用場(chǎng)合，如果電子產(chǎn)品能適應(yīng)曲線型表面或在使用時(shí)能夠彎曲，那么它們將大有用處，特別是在傳感檢測(cè)領(lǐng)域。檢測(cè)器陣列可以環(huán)繞心臟排放，隨著每次心跳進(jìn)行伸展；人造外殼可以在機(jī)翼四周伸展，用于在飛行過程中傳遞詳細(xì)的局部信息；人造視網(wǎng)膜可以安裝在眼球后面的彎曲空間內(nèi)，如同它所代替的生物傳感器一樣。然而至今為止，柔性技術(shù)還缺乏使這些應(yīng)用成為可能所需要的足夠的性能、可制造性以及柔韌性。

　　不過伊利諾大學(xué)香檳分校（UIUC）展示的一種新技術(shù)或許能填補(bǔ)這個(gè)空白。一旦工程師從剛性和平直的思維框架中跳離出來，這一領(lǐng)域無疑會(huì)被發(fā)揚(yáng)光大。UIUC設(shè)計(jì)的新電路具有長(zhǎng)而薄的互連走線，采用標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體（硅、砷化鎵等）和傳統(tǒng)技術(shù)制造，然后被轉(zhuǎn)移到一個(gè)充分伸展的彈性薄片上。如果設(shè)計(jì)合理的話，它們?cè)诒粔嚎s時(shí)進(jìn)一步彎曲，在展開時(shí)變平。因此，彈性電路結(jié)構(gòu)可以用或多或少的普通電子器件創(chuàng)建。

　　另外，彈性結(jié)構(gòu)可以用來構(gòu)成三維形狀的電子器件，并且這些器件可以被轉(zhuǎn)移到剛性襯底上。這也是UIUC團(tuán)隊(duì)開發(fā)出個(gè)半球狀硅相機(jī)的方法。

　　無論目標(biāo)是柔性還是外形，上述方法具有可以利用傳統(tǒng)微蝕刻和半導(dǎo)體工藝的優(yōu)勢(shì)。主持UIUC研究工作的John Rogers，還組建了一家名為Semprius的公司來推進(jìn)該技術(shù)的商用化。Rogers表示：“重要的優(yōu)勢(shì)在于我們使用已知且確定的材料和工藝技術(shù)，所取得的電路性能達(dá)到了同類設(shè)計(jì)的晶圓系統(tǒng)水平，而可伸展性達(dá)到了橡皮圈的水準(zhǔn)（高達(dá)100%的張力，甚至更高）?！?/P>

　　獨(dú)立咨詢顧問、前DARPA項(xiàng)目經(jīng)理、摩托羅拉資深技術(shù)Bob Reuss也認(rèn)為，該技術(shù)無論如何都會(huì)找到一條出路?！盀榱藢?shí)現(xiàn)至少具有中檔功能的保角和/或柔性電子器件，我相信這種技術(shù)極具價(jià)值。它的成功意味著將開辟出一個(gè)新的市場(chǎng)領(lǐng)域?！彼硎尽?/P>

　　另外，他補(bǔ)充道：“彈性S（Elastic S）在我看來是‘超越摩爾的一個(gè)實(shí)例。它沒有出現(xiàn)在國(guó)際半導(dǎo)體技術(shù)藍(lán)圖中，也許永遠(yuǎn)都不會(huì)。但是，它卻是用來更高效地使用針對(duì)計(jì)算機(jī)與通信以外應(yīng)用的IC技術(shù)、或者實(shí)際替代成本和尺寸不具競(jìng)爭(zhēng)力的現(xiàn)有IC基礎(chǔ)設(shè)施的眾多技術(shù)之一。"

　　彈性，但并非塑膠

　　創(chuàng)建柔性電子產(chǎn)品的常用方法是將電路直接印刷到基于碳的塑膠上。這種技術(shù)的一個(gè)目標(biāo)應(yīng)用是目前正在商用化實(shí)現(xiàn)過程中的電子報(bào)紙。雖然這種技術(shù)正在逐漸成熟，但它卻存在與生俱來的問題：該技術(shù)采用的有機(jī)材料的電子性能要比半導(dǎo)體差得多。更糟的是，這些材料的開發(fā)并非來自電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中所產(chǎn)生的副產(chǎn)品。，雖然這些材料是柔性的，但它們沒有彈性：它們能彎曲，但不能伸展。

　　另外一種方法是制造傳統(tǒng)芯片，然后削薄晶圓，使它們重量變輕，硬度變軟。但是這種方法仍然缺乏伸展性，甚至彎曲能力也都受到了限制。還有一種方法是將小芯片粘附在彈性表面，事后再用一些導(dǎo)線將其連接起來。雖然這種方法兼具高性能和機(jī)械柔韌性，但其中涉及到許多非傳統(tǒng)（因此比較昂貴）的制造步驟。

　　UIUC的方法依賴于這樣的事實(shí)，即原本很脆的硅、砷化鎵和其它半導(dǎo)體材料在淀積到非常薄的層上以后將變得異常柔韌。Wisconsin-Madison大學(xué)的材料科學(xué)和工程學(xué)教授Max Lagally從事電子及其它產(chǎn)品的納米結(jié)構(gòu)研究工作?！坝直∮秩犴g的硅（以及包括鍺在內(nèi)的其它半導(dǎo)體材料）具有巨大的潛力?！彼硎?，“這種柔韌性充分發(fā)揮第三維空間的優(yōu)勢(shì)?？梢詫?duì)它們施加張力，從而充分發(fā)揮更佳的電子性能；也可以對(duì)它們進(jìn)行堆疊?！?/P>

　　“事實(shí)上，UIUC方法僅利用了這些性能優(yōu)勢(shì)中的少許，因?yàn)槌休d材料是柔性的?！盠agally指出。這與創(chuàng)建復(fù)雜得多的微米和納米機(jī)械器件的研究人員的做法絕然相反。這些研究人員在制造好的層中施加張力，在張力釋放后就能形成復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)。他解釋說，其小組的突出成就是轉(zhuǎn)移技術(shù)，即轉(zhuǎn)移硅片并以終半球圖案的方式進(jìn)行連接。這確實(shí)是采用硅片的半球形光電探測(cè)器實(shí)例。

　　然而，據(jù)Rogers介紹，UIUC團(tuán)隊(duì)與西北大學(xué)以及其它地方的同事對(duì)理解硅片機(jī)械特性方面作出了重要貢獻(xiàn)。“彎曲機(jī)械特性和變形模式推動(dòng)著前沿理論力學(xué)的發(fā)展?！盧ogers表示，“事實(shí)上，我們對(duì)彈性硅片的詳細(xì)實(shí)驗(yàn)研究表明，每個(gè)前面已知的對(duì)一致性襯底上的堅(jiān)硬材料所做的理論性彎曲處理的假設(shè)是有缺陷的。"

　　此外，他預(yù)測(cè)了考慮機(jī)械特性后的電子器件的未來。“我認(rèn)為這類系統(tǒng)將把機(jī)械設(shè)計(jì)帶到系統(tǒng)定義的前沿，其重要性可能與電路設(shè)計(jì)一樣高?！彼硎?，“事實(shí)上我們預(yù)計(jì)，有一種相當(dāng)于PSPICE的機(jī)械結(jié)構(gòu)可以幫助電路版圖設(shè)計(jì)在彈性配置中達(dá)到的性能。機(jī)械/電子聯(lián)合設(shè)計(jì)五金|工具可能是終所需要的。我們正與理論力學(xué)和模擬電路設(shè)計(jì)師開展緊密合作，爭(zhēng)取獲得這樣的成果。"

　　潛在應(yīng)用

　　“對(duì)電子學(xué)來說確實(shí)存在著一個(gè)完全未被開墾的應(yīng)用領(lǐng)域，基于半導(dǎo)體晶圓的傳統(tǒng)技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)該領(lǐng)域所要求的屬性。”Rogers指出，“突出的例子分為兩大類：生物激勵(lì)器件和生物醫(yī)學(xué)器件。兩者都依賴于具有生物系統(tǒng)版圖的系統(tǒng)，兩者都沒有半導(dǎo)體晶圓所特具有的剛性平面特性。”

　　在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，Rogers表示：“我們正在研究電子傳感器片，它能與人腦復(fù)雜且彎曲的表面緊密集成在一起。我們與賓夕法尼亞州大學(xué)醫(yī)學(xué)分校的Brian Litt教授合作的目標(biāo)是提供這樣一個(gè)系統(tǒng)，它能在癲癇病人實(shí)際發(fā)作之前檢測(cè)到病癥開始的征兆?！?/P>

　　該技術(shù)在這些領(lǐng)域有很好的成功機(jī)會(huì)，Reuss同時(shí)表示，他相信這種技術(shù)將證明是有利于投資者的?！安还苁窃黾?、替換還是監(jiān)視生物功能，都需要柔性/可伸展的電子產(chǎn)品來高效且舒適地實(shí)現(xiàn)與人體的連接?！彼硎?，“隨著老齡化人口的增加，以及用藥物醫(yī)治各種衰老疾病想法的普及，合適的技術(shù)解決方案看起來存在著巨大的市場(chǎng)。”結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)和便攜式電子產(chǎn)品也將成為極有吸引力的應(yīng)用，他補(bǔ)充道。

　　然而Reuss并不認(rèn)為商用化成功是理所當(dāng)然的，因?yàn)楫a(chǎn)業(yè)慣性可能是個(gè)問題?！坝幸粋€(gè)很常見的說法：如果用硅可以完成，那就用硅做吧。”他說，“因此傳統(tǒng)IC，也許會(huì)薄到小于50um，而且永遠(yuǎn)不會(huì)被拋棄。”

　　另外他補(bǔ)充道，新技術(shù)的優(yōu)勢(shì)可能被更高的成本所抵消，這種成本來自于比在塑膠等襯底上簡(jiǎn)單印刷油墨要復(fù)雜得多的工藝流程。如果有油墨可以提供接近傳統(tǒng)IC的性能，那么性價(jià)比分析可能變得更加困難。

　　North Bridge Venture Partners公司的Carmichael Roberts是Rogers新技術(shù)的領(lǐng)投投資者，因此他對(duì)該技術(shù)寄于厚望就不足為奇了?！皞鹘y(tǒng)硅已經(jīng)做成了數(shù)十億美元的產(chǎn)品。”他表示，“在10年或更少的時(shí)間內(nèi)，這種新的硅片技術(shù)也具有產(chǎn)生數(shù)十億美元產(chǎn)品的潛力?！?/P>

    伊利諾大學(xué)研究人員首次演示了一種彈性硅，其中有個(gè)很薄的帶狀材料在伸展時(shí)可直接連接到二甲基硅氧烷（PDMS）。一旦允許放松，所用的絲帶在彈性材料隨后被變形時(shí)可產(chǎn)生幅度和波長(zhǎng)變化的正弦波。在這種系統(tǒng)中，伸展和壓縮一些百分點(diǎn)是可以適應(yīng)的。中所示的絲帶為20um寬、100nm厚。