أمضى فريق من الباحثين في جامعة ستانفورد ما يقرب من عقدين من الزمن في محاولة تطوير دوائر متكاملة تشبه الجلد يمكن شدها وطيها وثنيها ولفها - تعمل طوال الوقت - ثم تعود مرة أخرى دون أن تفشل ، في كل مرة. تنذر مثل هذه الدوائر بيوم من المنتجات التي يمكن ارتداؤها وقابلة للزرع ، ولكن هناك عقبة واحدة دائمًا تقف في طريقها.
يعتقد الفريق أن لديهم حل. في دراسة جديدة ، تصف المجموعة كيف قاموا بطباعة دوائر متكاملة قابلة للتمدد لكنها متينة على مواد مطاطية تشبه الجلد ، باستخدام نفس المعدات المصممة لصنع رقائق السيليكون الصلبة - وهو إنجاز يمكن أن يسهل الانتقال إلى التسويق عن طريق تبديل المسابك التي تصنع اليوم دوائر صلبة لإنتاج دوائر قابلة للمط.
سمحت العملية للباحثين بضغط أكثر من 40,000 ألف ترانزستور في سنتيمتر مربع واحد من الدوائر القابلة للتمدد ، لكن الفريق يعتقد أن ضعف هذا الرقم في متناول اليد. في حين أن هذا سيظل بعيدًا كل البعد عن مليارات الترانزستورات التي يمكن ضغطها في نفس المنطقة على رقائق السيليكون ، إلا أنه سيكون كافيًا لإنشاء دوائر بسيطة لأجهزة استشعار على الجلد وشبكات على نطاق الجسم والإلكترونيات الحيوية القابلة للزرع مع تطبيقات لم يتم بعد تخيل.
"طريقتنا تحسن المرونة-الترانزستور أكثر من 100 ضعف ما حققه أي شخص آخر حتى الآن. وهو يفعل ذلك بتوحيد ممتاز في الترانزستورات مع عدم التضحية بأي شيء في الأداء الإلكتروني أو الميكانيكي "، قال الباحث.
عملية قديمة ، كيمياء جديدة
الميزة الرئيسية لعملية ستانفورد هي أنه يمكن إجراؤها بنفس المعدات المستخدمة في صنع رقائق السيليكون اليوم. تستخدم هذه العملية ، المعروفة باسم الطباعة الحجرية الضوئية ، الضوء فوق البنفسجي (UV) لنقل نمط هندسي معقد ونشط كهربائيًا — a الدارة الكهربائية- على ركيزة صلبة ، طبقة بعد طبقة. إنها عملية طلاء معقدة ومتعددة الخطوات ، وتعريضها بالحفر الكيميائي الخفيف والشطف الذي يترك وراءه الدائرة بالغة الأهمية.
عملت هذه الطريقة لعقود في أشباه الموصلات الصناعة ، ولكن حتى الآن ، فإن المواد الكيميائية المستخدمة في إذابة وغسل المواد المقاومة للضوء تعمل أيضًا على إزالة البوليمرات التي تشبه الجلد والتي تشكل أساس الدوائر القابلة للمط. من خلال تطوير كيمياء ضوئية جديدة تعمل على هذه المواد القابلة للتمدد ، يقوم فريق باو بتدريس معدات تصنيع مجربة وحقيقية للقيام بحيل جديدة. في الواقع ، تخلص عملية ستانفورد من بعض الخطوات الضرورية في تصنيع السيليكون. كل ذلك يؤدي إلى نتيجة رائعة.
كثيفة ودائمة
استخدم الفريق العملية الجديدة لإنتاج دوائر مرنة من نفس الشيء تقريبًا كهربائي كترانزستورات تُستخدم لشاشات الكمبيوتر الحالية - مفيدة للتطبيقات العملية - ثم اختبرت موادها من أجل المتانة والأداء. بتمديد الدوائر لمضاعفة أبعادها الأصلية ، سواء كانت متوازية أو متعامدة مع اتجاه الدائرة ، لم تظهر المواد المطبوعة حديثًا أي تشققات أو تفتيت أو ، الأهم من ذلك ، تراجع في الوظيفة. كهربائيا ، ظلت الترانزستورات مستقرة ، حتى بعد 1,000 امتداد متكرر.
