Sebuah tim peneliti di Stanford telah menghabiskan hampir dua dekade mencoba mengembangkan sirkuit terpadu seperti kulit yang dapat diregangkan, dilipat, ditekuk, dan dipelintir — bekerja sepanjang waktu — dan kemudian kembali tanpa gagal, setiap saat. Sirkuit seperti itu menandakan hari produk yang dapat dipakai dan ditanamkan, tetapi satu rintangan selalu menghalangi.
Tim berpikir mereka punya solusi. Dalam sebuah studi baru, kelompok tersebut menjelaskan bagaimana mereka telah mencetak sirkuit terpadu yang dapat diregangkan namun tahan lama pada bahan seperti kulit yang kenyal, menggunakan peralatan yang sama yang dirancang untuk membuat chip silikon padat—sebuah pencapaian yang dapat memudahkan transisi ke komersialisasi dengan mengganti pengecoran. bahwa hari ini membuat sirkuit kaku untuk memproduksi yang merenggang.
Proses ini memungkinkan para peneliti untuk memeras lebih dari 40,000 transistor dalam satu sentimeter persegi sirkuit yang dapat diregangkan, tetapi tim berpikir dua kali lipat jumlah itu dalam jangkauan. Sementara itu masih jauh dari miliaran transistor yang dapat dimasukkan ke dalam area yang sama pada chip silikon, itu akan cukup untuk membuat sirkuit sederhana untuk sensor kulit, jaringan skala tubuh dan bioelektronik implan dengan aplikasi yang belum dibayangkan.
“Metode kami meningkatkan elastisitasTransistor kepadatan lebih dari 100 kali lipat dari apa yang telah dicapai orang lain sejauh ini. Dan ia melakukannya dengan keseragaman yang sangat baik dalam transistor tanpa mengorbankan apa pun dalam kinerja elektronik atau mekanis, ”kata peneliti.
Proses lama, chemistry baru
Keuntungan utama dari proses Stanford adalah dapat dilakukan dengan peralatan yang sama yang digunakan untuk membuat chip silikon saat ini. Prosesnya, yang dikenal sebagai fotolitografi, menggunakan sinar ultraviolet (UV) untuk mentransfer pola geometris yang rumit dan aktif secara elektrik—a sirkit—ke atas substrat padat, lapis demi lapis. Ini adalah proses pelapisan multi-langkah yang kompleks, diekspos dengan etsa kimia ringan dan pembilasan yang meninggalkan sirkuit yang sangat penting.
Metode ini telah bekerja selama beberapa dekade di Semikonduktor industri tetapi, sampai saat ini, bahan kimia yang digunakan untuk melarutkan dan membersihkan bahan tahan cahaya juga menghilangkan polimer seperti kulit yang merupakan dasar dari sirkuit yang dapat diregangkan. Dengan mengembangkan fotokimia baru yang bekerja pada bahan yang dapat diregangkan ini, tim Bao mengajarkan peralatan manufaktur yang sudah teruji untuk melakukan trik baru. Faktanya, proses Stanford bahkan menghilangkan beberapa langkah yang diperlukan dalam pembuatan silikon. Semuanya menambahkan hingga hasil yang luar biasa.
Padat dan tahan lama
Tim menggunakan proses baru untuk menghasilkan sirkuit fleksibel yang kira-kira sama listrik kinerja seperti transistor yang digunakan untuk tampilan komputer saat ini—berguna untuk aplikasi praktis—kemudian menguji bahannya untuk ketahanan dan kinerja. Meregangkan sirkuit untuk menggandakan dimensi aslinya, baik paralel dan tegak lurus terhadap arah sirkuit, bahan yang baru dicetak tidak menunjukkan retakan, delaminasi atau, yang paling penting, penurunan fungsi. Secara elektrik, transistor tetap stabil, bahkan setelah 1,000 kali peregangan.
