據麥姆斯咨詢報道，法國科學家的聚合物MEMS研究，靈感主要源自電子鼻中的微懸臂硅MEMS——利用懸臂量上足夠的功能性表面吸收目標分子，從而改變其撓曲度（通過增加質量的靜態模式）或其諧振頻率（動態傳感模式）。

據麥姆斯咨詢報道，近日在法國印刷電子協會于巴黎舉辦的為期兩天的“印刷電子研討會”上，來自波爾多大學法國國家科學研究中心的科學家Cedric Ayela介紹了他在聚合物MEMS傳感器方面的研究工作。他的聚合物MEMS研究，靈感主要源自電子鼻中的微懸臂硅MEMS——利用懸臂量上足夠的功能性表面吸收目標分子，從而改變其撓曲度（通過增加質量的靜態模式）或其諧振頻率（動態傳感模式）。

作為采用聚合物的眾多印刷電子應用的一種案例，Ayela總結了聚合物MEMS器件的優勢：結合了低成本合成、有機材料良好的可加工性以及各種光學、機械、電學和化學性質，可以通過精確調整獲得特定的功能。“不過，在MEMS器件中采用聚合物材料的關鍵原因之一，是其較低的楊氏模量，使器件具有極佳的彈性，即使在較低的激勵下也能產生大幅度的形變，”Ayela強調說。

事實上，盡管目前商業化的MEMS應用都采用硅或玻璃材料，但是已經有大量圍繞聚苯乙烯、聚丙烯、聚酰亞胺、環烯烴共聚物樹脂或SU-8環氧基光致抗蝕劑等多種基材構建的聚合物MEMS傳感器和執行器文獻報道。

Cedric Ayela介紹壓電OFET懸臂結構

在Ayela的研究中，他利用了熟知的聚偏氟乙烯共三氟乙烯（P(VDF-TrFE)）共聚物的壓電性質，設計了一款壓電有機場效應晶體管（OFET），并將之整合進由彈性聚萘二甲酸乙二酯（PEN）制作的微懸臂中。他的這項研究成果發表于Nature的科學報告，題為“Piezoelectric polymer gated OFET: Cutting-edge electro-mechanical transducer for organic MEMS-based sensors”，介紹了這種靈敏度極高的聚合物MEMS傳感器，能夠通過極小的懸臂梁形變探測應變。

為了設計成一種機電換能器，這款三角形的壓電OFET堆棧了底部鋁柵電極、P(VDF-TrFE)和聚（1-乙烯基-1-2-4-三唑）（PVT）柵極介電層，和頂部有機半導體（并五苯結果最好）和金源漏（S/D）電極。首先，需要一個極化步驟來誘導壓電效應（在材料中產生偏振態），這通過在柵極和源端的連續高壓掃描來完成。不過，隨著懸臂的形變（通過源自目標分子的分子質量增加），機械應變改變了P(VDF-TrFE)層中氫原子和氟原子的距離，導致p型半導體中正電荷耗盡。這直接影響了OFET器件的特性，由此實現了這款高靈敏度的機電換能器。

為了制造這款嵌入OFET的MEMS傳感器，Ayela和他的研究團隊結合了經典的沉積技術（掩模版）和靜電印刷技術——一種高精度切繪機，能夠提供5μm的橫向分辨率。這種簡單的制造工藝無需復雜的刻蝕步驟和硅加工所需要的光刻掩模，使這種MEMS器件極具成本競爭力，同時器件良率也可達到95%。

在一個實施案例中，這種OFET嵌入式MEMS傳感器利用頂部的水凝膠層進行了功能化，其工藝與靜電印刷技術兼容。水凝膠會在潮濕環境中膨脹，隨著相對濕度的增加，從而產生拉伸應變并彎曲懸臂。據研究人員在其論文中介紹，在低應變水平下（低于0.3%）記錄的線性相對應變靈敏度為600，測量靈敏度為7500ppm/%RH，提取檢測極限為0.2%RH。Ayela預計憑借如此高的應變靈敏度，可以設計更多的OFET嵌入式MEMS傳感器，并實現低成本的大規模量產。

當被問及這種聚合物MEMS缺乏傳統硅MEMS外殼封裝的保護，是否會太脆弱時，研究人員表示恰恰相反，由于這種聚合物MEMS彈性非常好反而更加牢靠，在受到影響后會很快恢復原始狀態。不過，它們仍然需要具有倒凹區的某種封裝，這些可以在層壓工藝中完成。

事實上，Ayela稱這種OFET嵌入式MEMS可以采用工業化的工藝很方便的完成制造，包括卷對卷（roll-to-roll）制造技術。據他介紹，這類器件可以實現商業化，集成到智能器件封裝中。

而在學術層面，這款低成本的OFET嵌入式懸臂還可以用于精確表征有機半導體的機電響應，并且，他們已經在做相關研究：他們近期發表了一篇題為“Unusual electromechanical response in rubrene single crystals”的論文，采用OFET嵌入式MEMS作為測試平臺，嘗試利用更靈敏的有機半導體提高其機電靈敏度。