能屈能伸的手機，穿在身上的高科技──中大化學專家開發有機半導體，發掘各式各樣的潛在科技應用機會

化學系
繆謙教授

不怕折斷的手機屏幕、偵察氣體洩漏的感測器，裝配身上的醫療器具......這些突破性產品的面世指日可待，全賴化學家對有機半導體的研究成果。中大化學系副教授繆謙教授是當中佼佼者，他帶領團隊試驗以有機物料代替傳統的無機半導體，製作很多裝置電路中必要的薄膜電晶體。

目前最常用的半導體物料是無機性質的矽，需要高溫生產而用上大量能量，將沙轉化成矽的工序亦十分繁複；相反，生產有機半導體只需要室溫，利用簡單的打印技術，而且比起無機物料，有機半導體靈活可塑，可以製作輕量而超大型的裝置。這種特質能打造彎曲自如的介面，如機械人指尖的「電子皮膚」。

高等矽的電荷傳輸效率非常高，在製作如電腦的中央處理器是必須的。然而，對於較簡單的產品如電腦或電視屏幕，低等矽已經足夠，可以有機半導體取代。此外，繆教授也嘗試用有機半導體製作放大電氣訊號的電晶體，與其他分子互動反饋而產生警示，從而感測裝置有否洩漏氣體。

繆教授來自成都，專門研究有機及材料化學，尤其熱衷於開發功能性物料，結合高性能與革新功能。繆教授指自己的角色是示範新半導體的潛能，然後由業界開發。他自喻為園丁而不是廚師，只會做基本的菜式；但這位園丁，其實最清楚這些物料的發揮潛能無限。

三星製作了180度扭曲的電話屏幕或遊戲機控制盤，經過捶擊測試，屏幕絲毫不損，用矽造的話則肯定會破裂。然而，這個原型的大規模生產成本過高，所以挑戰在於開發成本合理而具效率的生產方式。有機半導的應用亦見於太陽能電腦袋，只要揹在背上，袋便會自動為袋中的手提電腦充電，但這產品亦只是處於原型階段，離投產尚遠。

到目前為止，繆教授認為自己在這領域最重大的研究成果，是創造了一種氮雜並五苯類的N型有機半導體。他研究有機半導體的化學結構，發現在常見的並五苯類P型半導體中，以四個氮原子取代碳原子，可以將物料轉化為高性能的N型半導體。將P型半導體（例如由碳、氫組成的並五苯）與含有氮原子的N型有機半導體結合，可以造出高效率的電路。

繆教授解釋道：「目前N型有機半導體的開發，落後於P型半導體。」P型並五苯的五環結構中有二十二個碳原子，繆教授和研究人員嘗試以不同數目的氮原子取代碳原子，先是兩個、然後六個，最後發現取代四個原子是最好的組合。繆教授指出，這樣溶液加工N型有機半導體達到的電荷傳輸最快，而且原材料是價廉的二氨基苯和苯醌，容易取得。

目前的最大挑戰，是找出簡單的方法製作有機半導體。一開始，繆教授需要利用高真空製作N型半導體，他認為不夠理想，因為成本昂貴。後來，他成功利用表面改性技術，透過溶液生產半導體薄膜；這種技術相對簡單而成本較低，近日已取得專利。他目前和機械工程師合作，製作大面積感測應用的電路，希望達到更簡單、更有成本效益的製作方法。

倘中英文版本出現歧義，概以英文版本為準。

本文出自中大主網頁（2015年3月）

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繆謙 化學系 理學院 有機半導體 納米技術 教授