Ein Forscherteam in Stanford hat fast zwei Jahrzehnte damit verbracht, hautähnliche integrierte Schaltkreise zu entwickeln, die gedehnt, gefaltet, gebogen und gedreht werden können – und zwar die ganze Zeit – und dann jedes Mal fehlerfrei zurückschnappen. Solche Schaltkreise kündigen die Zukunft tragbarer und implantierbarer Produkte an, doch eine Hürde stand ihr schon immer im Weg.
Das Team glaubt, eine Lösung zu haben. In einer neuen Studie beschreibt die Gruppe, wie sie dehnbare und dennoch haltbare integrierte Schaltkreise auf gummiartige, hautähnliche Materialien gedruckt haben und dabei dieselbe Ausrüstung verwendet haben, die auch für die Herstellung von festen Siliziumchips entwickelt wurde – eine Leistung, die den Übergang zur Kommerzialisierung durch einen Wechsel der Gießerei erleichtern könnte die heute starre Schaltkreise herstellen, bis hin zur Herstellung dehnbarer Schaltkreise.
Der Prozess ermöglichte es den Forschern, mehr als 40,000 Transistoren auf einem einzigen Quadratzentimeter dehnbarer Schaltung unterzubringen, aber das Team geht davon aus, dass die doppelte Zahl in Reichweite ist. Das wäre zwar noch weit entfernt von den Milliarden von Transistoren, die auf der gleichen Fläche auf Siliziumchips untergebracht werden können, aber es würde ausreichen, um einfache Schaltkreise für Sensoren auf der Haut, Netzwerke im Körpermaßstab und implantierbare Bioelektronik zu schaffen, deren Anwendungen noch ausstehen vorgestellt werden.
„Unsere Methode verbessert die ElastizitätTransistor Die Dichte ist um mehr als das Hundertfache höher als das, was alle anderen bisher erreicht haben. Und das mit hervorragender Gleichmäßigkeit der Transistoren, ohne Einbußen bei der elektronischen oder mechanischen Leistung hinnehmen zu müssen“, sagte der Forscher.
Alter Prozess, neue Chemie
Ein großer Vorteil des Stanford-Verfahrens besteht darin, dass es mit den gleichen Geräten durchgeführt werden kann, die heute zur Herstellung von Siliziumchips verwendet werden. Bei dem als Photolithographie bekannten Verfahren wird ultraviolettes (UV) Licht verwendet, um ein komplexes, elektrisch aktives geometrisches Muster zu übertragen – ein Schaltung– Schicht für Schicht auf einen festen Untergrund auftragen. Es handelt sich um einen komplexen, mehrstufigen Prozess aus Beschichten, Belichten, chemischem Ätzen und Spülen, der den wichtigen Schaltkreis hinterlässt.
Diese Methode hat sich seit Jahrzehnten bewährt Halbleiter Industrie, aber bis heute waschen die Chemikalien, die zum Auflösen und Abwaschen der lichtbeständigen Materialien verwendet werden, auch die hautähnlichen Polymere ab, die die Grundlage dehnbarer Schaltkreise bilden. Durch die Entwicklung neuer Photochemien, die mit diesen dehnbaren Materialien funktionieren, bringt Baos Team bewährten Fertigungsgeräten bei, neue Tricks auszuführen. Tatsächlich entfallen beim Stanford-Prozess sogar einige Schritte, die bei der Siliziumherstellung notwendig sind. Alles zusammen ergibt ein bemerkenswertes Ergebnis.
Dicht und langlebig
Das Team nutzte das neue Verfahren, um etwa gleich große flexible Schaltkreise herzustellen elektrisch Leistung als Transistoren für aktuelle Computerdisplays – nützlich für praktische Anwendungen – und testeten dann ihre Materialien auf Haltbarkeit und Leistung. Durch die Dehnung der Schaltkreise auf das Doppelte ihrer ursprünglichen Abmessungen, sowohl parallel als auch senkrecht zur Schaltkreisrichtung, zeigten die neu gedruckten Materialien keine Risse, Delaminationen oder, was am wichtigsten ist, einen Funktionsverlust. Elektrisch blieben die Transistoren auch nach 1,000 wiederholten Dehnungen stabil.
