中国芯片的尴局面，一定程度上也有芯片材料的“锅”?/span>
q日刚刚上榜《麻省理工科技评论?020 q度全球 ?5 岁以下科技创新 35 人?榜单QTR35Q的王思泓告诉 DeepTechQ芯片制备过E中M开材料Q其涉及(qing)到的材料q非常广?/span>
从硅的晶圆加工，再到芯片光刻时用的光刻胶、薄膜沉U需要的靶材{，都属于材料范畴。而中国目前在上述领域的市(jng)场占有率相对较低Q因此只有加快研发，才能在知识权和专利斚w有所H破?/span>
目前Q王思泓是芝加哥大学分子工程学院的助理教授，曄师从国国家工程院院士鲍哲南和中国科学院外籍院士王中林。这?3 岁的青年Q已l以W一作者n份在《自然》《科学》等期刊上发?24 论文，他对于材料在芯片制备中的作用Q有着深刻的理解?/span>
王思泓表示Q对于芯片制造来_(d)材料L(fng)承上启下的作用。要把一个材料吃透，或者提供出在性能上有H破的材料设计，需要对基础物理和基化学Q有非常深入的理解?/span>
另一斚wQ材料作为重要的技术支撑，可以成ؓ(f)芯片研发的核心突破口。对于很多材料学家来_(d)要想把研I真正做得可以解军_际问题，׃能局限于做出新材料本w，而是在研I立Ҏ(gu)׃实际应用出发Q去L到当前应用最需要解决的技术瓶颈?/span>
对于材料学家来说Qƈ非材料做出来、发了论文就万事大吉Q其也最好参与到应用q程中。因为在应用q程中，q会(x)发现新的问题Q只有凭借这些反馈，才能q一步去优化材料的设计，从而把材料和技术真正结合v来?/span>
王思泓Q来源：(x)受访者供图）(j)
如今在采访中侃侃而谈的王思泓Q对化学的热爱可以追溯到初中。初三暑假时Q王思泓找来高中所有的数理化教材，用一个暑假自学全部高中数理化?/span>
高中Ӟ王思泓q入西安最好的高中之一西工大附属中学读书?005 q高考，王思泓以陕襉K考应届考生理科W一名的成WQ考入清华大学材料pR?/span>
于此同时Q他的爱好也没有落下Q小学毕业时已取得钢琴七证书Q在清华M期间他还是合唱队队员。谈?qing)?f)何如此自律，他说母亲是大学教授，学习(fn)兴趣得以从小培养v来?/span>
从高中考入清华大学学习(fn)材料专业Q到考上佐治亚理工大学读直博Q再到去斯坦大学做博士后研IӞ最后落脚芝加哥大学分子工程学院?/span>
q位辗{中国北京、美国东南部、美国西部和国中部的青q_(d)管在美国已l生zdq有余，国籍依然是中国，他在采访中没有“冒?出哪怕一个英语单词，他说中文是他不能忘却的母语?/span>
而王思泓本次上榜 TR35 的理由是“开发的可拉伸微芯片Q各种新设备成为可能”。从 2015 q进入斯坦福大学开始，他开始了长达五年的芯片研IӞq以W一作者的w䆾在《科学》和《自然》上发表两篇相关论文?/span>
可拉伸微芯片Q给芯片应用带来更多可能
含王思泓在内Q共有七八位斯坦研Ih员参与上q研I。除此以外，韩国三星集团对该目提供了资金支持和人员支持?/span>
王思泓认ؓ(f)Q三星作为国际领先的半导体企业，敢于在应用前景不明确的情况下Q给高校研究队伍出钱出力Q其拥有的高q视野，是中国厂商应该学?fn)的?/span>
据他介绍Q当时三星共计支持斯坦福六个Nl，늛材料研发、器件设计、能源、材料力学模拟、电(sh)路设计和产品设计{?/span>
所有课题组的技术综合v来，为的是最l做投入?jng)场的新型?sh)子品。当Ӟ三星q会(x)定期跟斯坦福的技术团队开?x)了解进展，同时提供来自三星的徏议和反馈?/span>
以论文来倒推可拉伸微芯片的研I进展来看，2017 q_(d)王思泓以第一共同作者的w䆾Q在《科学》杂志发表题为《通过U米受限效应实现高度可拉伸的聚合物半g膜》（Highly stretchable polymer semiconductor films through thenanoconfinement effectQ的论文?/span>
高度可拉伸的聚合物半g膜原理图Q来?《通过U米受限效应实现高度可拉伸的聚合物半g膜》）(j)
q篇论文的主要亮点，在于解决了材料方面的限制。王思泓认ؓ(f)Q没有半gQ一切电(sh)子电(sh)路都无从谈v。而传l半g主要以硅为材料，但是非常脆弱，几乎不能承受机械形变?/span>
管在弯曲性能上，半导体高分子比硅晶体表现更佳。但要想辑ֈ胶一L(fng)Ҏ(gu)，仍旧非常困难。因为其面(f)着材料l构上的限制?/span>
具体来说Q高性能半导体材料一般得具备高致密、高规则度的晶体排布Q但从材料的基本力学Ҏ(gu)上来说Q这U排布方式无法承受大规模形变?/span>
l合来说Q在此之前的研究主要面(f)的难Ҏ(gu)Q当Ӟ无M半导体材料能在提供实际应用所需要的?sh)学?gu)的同时Q达CZ紧密l合所需要的Ҏ(gu)Ş变能力?/span>
决上q难题，王思泓和团队运用高分子U米受限效应Q高分子半g内部的分子链交互作用的状态、及(qing)其排列状态生巨变。同时这一变化Q还不会(x)影响高分子半g的电(sh)学特性?/span>
在此情况下，高分子半g依然可以拥有和硅半导体一L(fng)?sh)学?gu)，但材料长度却辑ֈ原来的两倍。这U弹性Ş变能力，?x)给器g功能的发展，提供更多的可能性?/span>
上述工作Q是王思泓研究的第一个过E。对他和团队来说Q搞定了材料问题Q只是完成了整个技术\U图的第一步，q远q不够，为此他们开始第二项研究?/span>
王思泓在实验室
W二研I的成果Q王思泓以第一作者n份，撰写论文q发表在《自然》上Q此ơ研I的亮点在于Q材料性能得以真正发挥?/span>
王思泓ȝUͼ惌材料真正发挥性能Q就必须攑ֈ器g里，甚至攑ֈ更复杂的、小型化的、且可以大规模制造的器g中，然后再把q些器gq接成不同的?sh)\设计Q从而实现各U功能?/span>
定好思\后，W二步便是设计器Ӟx高可靠、高密度的器仉列和?sh)\刉出来。具体到材料使用上，该团队用到的材料Q全部是高分子材料，q完全E别于传统半导体工业用的无机材料?/span>
高分子材料和无机材料Q在物理和化学特性上Q存在着巨大差异。所以当前传l电(sh)子工Z用的微加工技术，在基于高分子材料的可拉器g上，Ҏ(gu)无法适用?/span>
因此他们必须开发出一套新的器件设计和刉技术，才能q一步支撑整个领域向前发展，也才能让材料真正走向更丰富的实际应用中?/span>
后来Q王思泓Z寚w分子材料物理化学Ҏ(gu)的深刻理解Qؓ(f)晶体中的每一个可拉材料lgQ开发出独特的图形化Ҏ(gu)Qƈ实现了这些加工步骤之间的怺兼容性，以及(qing)对不同材料选择的普适性?/span>
最l，他们发展Z套全新的专门为可拉高分子材料设计的器g微加工工艺，最l得Z界第一个高产率、高密度的可拉高分子晶体管阵列Qƈ用它实现Zpd的集成电(sh)路原件?/span>
用高分子做更多的器g
博士后出站后Q王思泓在芝加哥大学的工作，仍以高分子研Iؓ(f)主，只是不在局限于晶体，而是扩展Ch体交互器件上?/span>
q种器gQ主要用纳cx料。目前，他已l开发出一U名?“纳c_甉|”的讑֤Q该讑֤可以利用Z能量备供能，从而让讑֤摆脱甉|的寿命限制?/span>
王思泓做的q种U米发电(sh)机，主要Z摩擦L(fng)(sh)的原理。打个比方，太阳能电(sh)池是把光能{化ؓ(f)?sh)能Q即新能源发甉|式。而纳c_甉|Q是把hc运动所产生的能量{化成?sh)能?/span>
事实上，不管是h体表面的肢体q动Q还是h体内部的器官q动QhcLd是在不断q动的，所以这是很有效的能量来源?/span>
但截止目前，q种能量的利用率很低。而王思泓研究发现Qhc能量的一个很重要的利用方向，便是和可植入的器件来共徏产品Q特别是共徏需要长期植入的器gQ比如心脏v搏器?/span>
当前的可植入器gQ唯一可用的能量方式就是电(sh)池，比如锂离子电(sh)池等。手机或者电(sh)脑等器g在用电(sh)池时QL把电(sh)量耗光的时候?/span>
q且Q这U电(sh)池不像体外设备那P可以随时充电(sh)或换新电(sh)池，而如果能从h体提取体内现有能量，q把其{化成?sh)能Q就能源源不断地l电(sh)学设备供c(din)?/span>
如此便能解决?sh)子器g、和?sh)子pȝ在h体上长期兼容工作的问题。在此之前，q是业界一直尚未攻克的技术瓶颈?/span>
如何让电(sh)子电(sh)学的器g技术和Z辑ֈ长期E_的结合，q能q行E_的工作，也是王思泓研究的核心主题?/span>
数码产品要充?sh)，必须插在甉|上。但是h体内没有插头Q所以h体能量无法直接给数码产品供电(sh)?/span>
但是配上U米发电(sh)Z后，q当于l电(sh)池造出一个蓄水池Q用甉|q当于蓄水池在放水Q充甉|则是Z利用体内能量转化成的?sh)能Q在l蓄水池补水?/span>
U米发电(sh)机的应用
q年来，U米发电(sh)机已l获得长的发展Q其已经可以用在攉各种各样的能量上Q比如环境能量和机械能量?/span>
不同的能量来源，所需要的U米发电(sh)机，在器件设计上也不一栗?“纳c_甉|?q一技术已l可以做刎ͼҎ(gu)有无规律机械能，如环境能量或Z能量Q都采取有效的收集方式，q把它们转化量，最l投入应用?/span>
U米发电(sh)机的发明Q在于利用纳cx料制备出型U米器gQƈ用其实现?sh)能转化。其中用到很多纳cx料的合成、制备、表征，然后再加上器件的集成?/span>
截止目前Q王思泓累计发布 58 论文。在他看来，从芯片材料到U米材料Q材料天地大有可为?/span>
q位来自西安古都的青q专Ӟ虽然w在外Q但时常回国、ƈ在国内高校分享经验。在国工作Q永q不是这位中?0后、对国技术发展做贡献的限制?/span>
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