美國每天有42萬支可用手機被丟掉...美國工程師研發：用「紙」做晶片更環保

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一、生活中許多電器裡的半導體晶片，都是有毒物質做的

2007 年九月，在威斯康辛大學麥迪遜分校從事微波積體電路研究的一名工程師，Zhenqiang “Jack" Ma 有一天在翻閱科技雜誌《IEEE Spectrum》時，偶然發現一件令他非常震驚的事實。

「我那時候才知道美國每天有多達42萬6千支還可以用的手機被丟掉！這真的太讓我驚訝了。這可不是一個小數目，身為一個工程師，我知道這是個令人擔心的問題。」這確實是個問題，因為每支手機裡面都裝有含砷化鎵的晶片，而砷化鎵是有毒的。

二、為了環保，改用「紙」做晶片

後來，Ma 和材料科學家 Shaoqin “Sarah" Gong，以及其他幾位同事，共同在《Nature Communications》期刊，發表一篇研究，提出製造一種能夠被生物分解的「木製」半導體晶片的技術。更厲害的是，他們證明這種生物可分解的微波晶片的效能，跟矽晶片或者砷化鎵晶片一樣好！

「我們的靈感就來自那篇 IEEE Spectrum 的文章。」Ma 說道。

大部分晶片的基底原料都是矽、砷化鎵，或其他石化材料，無法被生物分解；而 Ma 以及他的夥伴們所開發出來的「綠色晶片」基底，可以說是用「紙」做的，但並不是一般的紙。一般紙張纖維的粗細有十微米，較為粗糙而且容易撕破，但他們所用來製造晶片的纖維更纖細、更小。

「如果你把木材絞碎到奈米尺寸，你就會發現那些纖維變成一個一個單一的結晶。如果你把這個材料用來作為晶片的基底，它將會變得非常強韌，比我們日常所用的紙張更為堅固。」他說。「它會變成透明的，而且會散失較少的電磁波能量。」

這種奈米級纖維的「紙」，厚度只有200微米。雖然他們會把它裹上一層環氧樹脂防止潮濕，但並不影響它的生物分解性。開發人員說道：「如果你把它丟到一個充滿真菌的環境，它還是可以被菌類分解。」

要製作這種綠色晶片，他們還是必須先以矽或砷化鎵等材料為基底來製作電路，然後再將電路「轉印」到剛剛所說的奈米材料上。透過這種技術，開發人員已經可以做出許多原本以砷化鎵為材料來製作的裝置，例如：雙極性電晶管、包含電容器的迴路、射頻電感、蕭基二極體等等，而且效能並不比原本的差。開發團隊也展示了利用纖維作基底製作的矽半導體迴路。

三、不只可以做晶片，這張紙將會有更多用途

這種纖維材料除此之外還可以有更多應用的可能性，比如說光電伏打電池或顯示器的材料，因為它的透光性比玻璃更好，Ma 這麼說。

如果可以使用這種纖維材料來製作晶片的基底，將可以把砷化鎵的用量減少3千倍，讓晶片的生產符合美國環保局的污染相關標準。同時，這也可以降低生產成本，減少電子產品中像是砷化鎵、純化的矽等等昂貴材料的用量。

「我們期待看到這種材料在未來能得到更多應用。」Ma 說。在他們提出的論文當中，還包含了針對目前電子晶片使用傳統材料來生產，以及用他們提出的新穎材料來製造的市場分析比較。他們認為，未來使用新穎材料來生產的電器產量，將大幅超過傳統材料。

（文章來源：IEEE Spectrum；圖片來源： Yei Hwan Jung）

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