如今，基于液態(tài)金屬的半導(dǎo)體室溫印刷技術(shù)已開啟了它們的旅程。與需要高溫、高真空、高能耗和復(fù)雜工藝的化學(xué)氣相沉積等傳統(tǒng)方法不同的是，這種液態(tài)金屬半導(dǎo)體印刷技術(shù)簡捷、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)、高效、節(jié)能。它并不取決于基材的性質(zhì)，可根據(jù)需要沉積在各種表面上，包括那些低成本的柔性材料，如塑料、紙張和織物等。這將大大促進(jìn)柔性電子的普及制造和使用。更重要的是，液態(tài)金屬印刷可以實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)和大面積打印，個性化單件制造與批量生產(chǎn)成本相當(dāng)，具有獨(dú)特的優(yōu)勢和巨大的潛力。目前，集成電路芯片加工的最大晶圓直徑為300毫米，而印刷半導(dǎo)體和器件的直徑可以超過1米。由于液態(tài)金屬的反應(yīng)性、非極化性和模板性，它們可以提供許多有效的解決方案，有效應(yīng)對當(dāng)前半導(dǎo)體的技術(shù)挑戰(zhàn)，顯著降低成本和能耗。在傳統(tǒng)的半導(dǎo)體制備工藝中，爐內(nèi)溫度可高達(dá)1000°C。例如，工業(yè)硅爐的功耗為6300 kVA。除酸洗不耗電外，其余均為高能耗。但是，一旦硅芯和硅棒在酸洗時排出的酸沒有得到適當(dāng)?shù)奶幚恚�就很容易對環(huán)境造成污染。相反，液態(tài)金屬半導(dǎo)體印刷技術(shù)成本低且節(jié)能環(huán)保，一臺設(shè)備可以完成幾乎所有的印刷制造過程。雖然對不同方法的功耗增益進(jìn)行完整比較取決于各自的具體工作情況，但液態(tài)金屬印刷半導(dǎo)體方法的效果產(chǎn)出相當(dāng)有前景，這是由其制程完成了從傳統(tǒng)MOCVD（950°C–1050°C）和ALD（250°C以上）工藝路線到25°C附近室溫制造的轉(zhuǎn)身（圖1）。此外，基于增材制造的印刷工藝是完全綠色環(huán)保的。一方面，這種制造節(jié)省了原材料，避免了潛在的污染。另一方面，印刷方式本身不依賴高溫過程，因此節(jié)省了大量能源并減少了碳排放。總而言之，液態(tài)金屬印刷制備半導(dǎo)體材料和高性能功能器件的大門已經(jīng)開啟。隨著該領(lǐng)域不斷取得更多的技術(shù)進(jìn)步和基礎(chǔ)發(fā)現(xiàn)，這種半導(dǎo)體印刷將對未來的能源社會和環(huán)境保護(hù)產(chǎn)生日益重要的影響。

  圖1 制造半導(dǎo)體的三類代表性方法的工作原理及溫度條件。（a）MOCVD法制造半導(dǎo)體，溫度在950℃~1050℃;（b）ALD法制造半導(dǎo)體，要求溫度高于250℃;（c） 氣體或等離子體介導(dǎo)的液態(tài)金屬鎵化學(xué)反應(yīng)，用于室溫制造半導(dǎo)體，約25℃。