蔣平志、劉德祥、朱英豪 / 清華大學材料系
一、前言
隨著行動網路與物聯網的興起，使穿戴裝置快速入侵你我日常生活之中，根據國際數據資訊(IDC)最新研究結果顯示，全球穿戴裝置的需求，2021年的年成長率高達20%。隨著材料科學與雲端運算的進步，勢必會使穿戴裝置的應用更加廣泛。可惜的是這些穿戴裝置，舉凡智慧手錶、智慧手環、智慧耳機、智慧眼鏡，乃至折疊手機等產品，拆解後發現(如圖一(a))，僅有折疊手機螢幕使用柔性透明可撓元件(如圖一(b))，產品內部所有元件，如加速感測器、環境光感測器、溫度感測器、電池、記憶體、電子電路等均使用傳統剛性元件，致使目前穿戴裝置的應用受到限制，發展遇到瓶頸，推出後成為消費者無法接受的產品。探究其主要原因為：傳統剛性元件遇到穿戴裝置經常活動彎曲，導致產品設計受限。因此，柔性透明可撓螢幕、柔性薄膜感測器、柔性薄膜記憶體、柔性薄膜電池及柔性薄膜電容，以及柔性透明可撓電子電路等，各種柔性透明可撓元件的發展(如圖二)，將有助於解決此一窒礙問題。
圖二、各種柔性可撓元件
所有穿戴裝置內部最舉足輕重的元件就是感測器，而感測器同時也是物聯網中最重要的一環，物聯網透過感測器獲得可靠準確的資訊。它的應用領域涵蓋食、衣、住、行、娛樂、醫療、工業4.0、軍事。
1. 食的方面：許多農漁業透過各式感測器遠端監測溫度、水質、光照強度，自動控制最佳成長環境，提高產量。
2. 衣的方面：涵蓋前述的穿載裝置。
3. 住的方面：智能家電設備或智能玻璃透過感測器自動調節最舒適環境。
4. 行的方面：汽車感測器有助於監測汽車即時資訊、掌握汽車即時狀況，達成輔助及自動駕駛。飛機的機身做檢測時需要停飛，無法在飛行中即時監測機身狀況，且檢測費用昂貴。溫度耐受度高的雲母基板如果製成柔性可撓感測器，可即時監測形狀多變的機身結構變化，保護飛行安全。
5. 娛樂：虛擬實境VR眼鏡或是以第一人稱視角的無人機眼鏡，都需透過感測器來增加體感回饋，如果這些元件改成柔性可撓，不再像戴上蛙鏡，相信會吸引更多人嘗試。
6. 醫療：血糖監測隱形眼鏡、柔性血氧計、電子皮膚等。
7. 工業4.0：工業上需要對設備進行檢測，通常需停機檢查，常造成公司巨大損失，而柔性可撓感測器可以適合不同設備形狀，對設備表面、皮帶、振動等進行即時監測，不用停機，可透過感測器即時監控設備，一旦發現不正常振動、噪音及間隙變化，可即時解決。
8. 軍事：感測器對於現代戰爭中各種監視、情報、作戰指揮至關重要，如果沒有感測器，軍方將喪失大部分作戰功能。
綜上所述，可以瞭解感測器在你我生活中的重要性。然而，在許多使用情境下，剛性感測元件已經無法完全滿足我們的使用需求。薄膜感測元件有別於過往的剛性感測元件，其柔性透明可撓的特性可以靈活運用在各種使用情境與各種外形的設備上，為感測元件提供更寬廣的應用領域。
一般柔性可撓元件製備成長方法可區分為：直接成長法以及轉貼法(Transfer)，轉貼法並不適用於工業製程，因此我們聚焦於直接成長法。適用直接成長的柔性可撓基材有金屬薄片、高分子聚合物及雲母等(如圖三)。茲分述如下。
圖三、各種柔性可撓基材
1. 金屬薄片：柔性可撓但不透明，表面粗糙度起伏達數十奈米，當我們對金屬界面進行磊晶時，表面容易產生擴散效應，同時在氧化物製程階段，易造成---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。