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電子元件生產技術大突破
臺大團隊研發全噴墨式紙上非揮發記憶

你是否想像過,在家能輕易地利用噴墨印表機,將電子元件列印於紙張上,組裝具有功能的電路板?

相較於常用的矽晶或塑膠基底,「紙張」具有成本低、攜帶便利、易分解、可折疊、容易回收等特點,是環保且平價的軟性基板材料。如果結合已經發展千年的印刷技術,紙上電子元件及其電路將可以輕鬆利用電腦軟體設計出來,並且大量生產,實現各種積體電路及應用。有了這項技術,未來電子製造業可能不在工廠裡,而是在辦公室或家中,開啟極為廣闊的應用大門。

隨著時代演進與科技發展,現今已有許多主動式及被動式的電子元件,克服了紙張表面粗糙及吸水的特性,在紙上成形。進一步發揮紙上電子元件電路的功能,有賴記憶體元件提供應用程式及儲存的功能。然而,由於記憶體元件的複雜度和對基板平整度的需求,研究遲遲無法有所突破,達成於紙上製作元件的目標。光電所何志浩老師主導,化工所廖英志老師、電子所李嗣涔老師所組成的團隊,率先研發「全噴墨式紙上非揮發記憶」。此工作的主要執行者連德軒同學,對研究積極熱情、樂觀開放的個性,加上以豐沛創意、精密完整的構思與執行能力,結合電子、材料、化工各領域的力量,完成此項重任。

「金屬-絕緣體-金屬」結構

如圖所示,利用噴墨技術將簡單的「金屬-絕緣體-金屬」結構印在紙上,即可製作出可以多次轉換阻態的非揮發式電阻記憶體,相較之下傳統電路板通常較為耗時、耗材、耗能。利用噴墨印刷元件,就像印刷文字一樣,直接在基板上形成導電的線路和圖案及記憶體元件,能將傳統數道製程縮短一半,快速且靈活。此技術應用於貼紙上,可製作記憶體貼紙,黏貼於任何物體或電子產品,包括手機、電池,甚至身上。預期未來可以應用在穿戴式電子元件、紙上電子元件,或是直接為消費式電子產品的記憶體升級。此種結構更提供大面積甚至三維製作的可能,當前的3D列印大多只能列印模型,還無法印出具有功能的電子元件。預期此技術將顯著擴展3D列印的應用範圍。軟性及印刷電子元件目前產值為十億美金,預估2017年產值可達四百六十億美金。紙上電子元件除具有軟性基板的特性,更有價廉、節能、環保的優勢,可望於市場佔有一席之地。

此論文將於2014年6月在檀香山舉辦的超大型積體技術及電路研討會(2014 Symposia on VLSI Technology and Circuits,簡稱VLSI國際研討會)上發表。VLSI國際研討會是全球最先進的半導體與系統晶片學術發表盛會,是展現IC製程整合技術最新成果之最重要櫥窗。每年皆有上千位微電子領域學者及業界專家參加會議,國際重要指標科技大廠如Intel、IBM、Qualcomm等亦均與會。值得一提的是,這個研究工作是臺大史上第一篇發表在VLSI國際研討會-技術論壇(technology)的論文。此成果更獲選為會議的焦點論文(Highlight Paper),將於會議前的記者會上特別報導。

名稱:全噴墨式紙上非揮發記憶(Paper Memory by All Printing Technology)。
作者:連德軒、高振凱、黃騰漢、廖英志、李嗣涔、何志浩。

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