美国空军研究实验室基于“转型制造”突破电子器件制造技术

【据美国空军研究实验室网站2020年12月9日报道】美国空军研究实验室（AFRL）开发了一种激光“书写”技术，使用户可以利用涂有薄膜的基材轻松设计并精确放置导电、绝缘和半导体材料，便捷完成电子电路的设计。

电子电路是现代电子设备的基础，通过在二/三维空间内精确实现材料的定制集成，可对电流进行有效控制，进而完成复杂电子器件的设计/制造。传统意义上来说，电子器件的制造需要定制复杂昂贵的设备，且制造过程难度高，成本高。AFRL开发的激光“书写”技术极大推进了电子器件制造技术的创新发展。

AFRL激光“书写”技术研发团队主要由AFRL、UES公司、凯斯西储大学、戴顿大学、加利福尼亚大学洛杉矶分校和剑桥大学的科技人员组成。在这一创新方案中，综合应用了非结构化非晶膜、激光、空气等诸多媒介，成功实现了功能器件电路构图、局部电子特性控制等复杂定制。

研发团队将这种新的制造策略定义为“转型制造”。这种创新制造方法与传统的增材制造/减材制造过程不同。在增材/减材制造过程中，用户需要通过添加或去除材料的方式实现功能器件的个性化定制。新型的“转型制造”则仅需利用薄膜、激光束就可实现电子电路的创新设计。激光束通过局部加热改变薄膜性状，并在极高的温度下使材料样本与环境发生反应，最终实现电路电子特性控制。

“转型制造”中利用激光的独特之处在于能够局部改变光强度和曝光时间，从而精确修改薄膜的晶体结构和化学性质，其单元结构小至一微米（远小于人发的宽度）。在激光“书写”过程中，非晶膜很容易转变成三种不同材料，即半导体二氧化钼晶体、导电二氧化钼和绝缘三氧化钼。所有材料都具有精准的特性。

AFRL在实验演示过程中，对三个不同阶段的架构进行了设计演示，电阻器，电容器和化学传感器等电子器件直接在前体膜内进行了激光写入，充分体现了电子电路的变革性制造方法。 获取更多前沿科技信息访问：https://byteclicks.com

AFRL材料科学家认为，“转型制造”创新实现了在无尘实验室之外，对基材进行蚀刻的替代策略，可实现快速原型制作，并有效消除传统电子电路制造的设计约束。在使用薄膜无尘实验室工艺进行传统电路设计的过程中，电路的可重构性较差，制造设备/环境昂贵且苛刻，制造步骤繁复。激光“书写”设计过程，通过修改激光图案，可在制造过程中几乎完全自由地动态设计各类电子电路。随着该技术的发展成熟，未来可能会实现完全由用户定制的电子产品。

AFRL后续还将利用不同的激光源和构图轮廓进一步优化薄膜均匀性，为未来的电子设备和传感器设备带来高度可控性能优势。此外，AFRL还在探索利用不同光源（闪光灯、并行激光源、激光全息术和脉冲激光系统）的转型制造技术，进一步缩短器件制造时间，增加产量，开发新的潜在器件架构。可以预期，通过在开放式环境中对基材进行激光处理，可局部诱导各种化学反应，可使团队探索获得其他新型化学/结构/反应体，进而突破更多化合物研究领域。

AFRL激光“书写”技术研发团队的研究成果已在《今日材料》杂志上公开发表。[引自“航空工业信息网”]