Группа исследователей из Стэнфорда потратила почти два десятилетия, пытаясь разработать похожие на кожу интегральные схемы, которые можно растягивать, складывать, сгибать и скручивать, работая все время, а затем каждый раз без сбоев возвращать обратно. Такие схемы предвещают день носимых и имплантируемых изделий, но на их пути всегда стояло одно препятствие.
Команда думает, что у них есть решение. В новом исследовании группа описывает, как они напечатали растяжимые, но прочные интегральные схемы на резиновых, похожих на кожу материалах, используя то же оборудование, которое предназначено для изготовления твердых кремниевых чипов - достижение, которое могло бы облегчить переход к коммерциализации путем смены литейных производств. которые сегодня делают жесткие цепи для производства растягиваемых.
Этот процесс позволил исследователям втиснуть более 40,000 XNUMX транзисторов в один квадратный сантиметр растягиваемой схемы, но команда считает, что удвоение этого числа вполне достижимо. Хотя это все еще далеко от миллиардов транзисторов, которые можно втиснуть в одну и ту же область на кремниевых микросхемах, этого было бы достаточно для создания простых схем для датчиков на коже, сетей масштаба тела и имплантируемой биоэлектроники с приложениями, которые еще предстоит воображать.
«Наш метод улучшает эластичностьТранзистор плотность более чем в 100 раз больше, чем кто-либо еще достиг. И он делает это с превосходной однородностью транзисторов, не жертвуя при этом ни электронными, ни механическими характеристиками », - сказал исследователь.
Старый процесс, новая химия
Главное преимущество Стэнфордского процесса заключается в том, что его можно выполнять с помощью того же оборудования, которое используется сегодня для изготовления кремниевых чипов. Этот процесс, известный как фотолитография, использует ультрафиолетовый (УФ) свет для передачи сложного, электрически активного геометрического рисунка - схема- на твердую подложку, слой за слоем. Это сложный, многоэтапный процесс нанесения покрытия, экспонирования светом, химического травления и ополаскивания, оставляющий после себя важнейший контур.
Этот метод десятилетиями работал в Полупроводниковое промышленность, но на сегодняшний день химические вещества, используемые для растворения и смывания светостойких материалов, также смывают похожие на кожу полимеры, которые являются основой растягиваемых схем. Разрабатывая новые фотохимии, которые работают с этими растяжимыми материалами, команда Бао обучает испытанное производственное оборудование новым трюкам. Фактически, Стэнфордский процесс даже отменяет некоторые этапы производства кремния. Все это дает замечательный результат.
Плотный и прочный
Команда использовала новый процесс для производства гибких схем примерно такой же электрический в качестве транзисторов, используемых для современных компьютерных дисплеев - полезных для практических приложений - затем проверяли их материалы на прочность и производительность. При растяжении схем в два раза по сравнению с их первоначальными размерами, как параллельно, так и перпендикулярно направлению схемы, новые печатные материалы не показали трещин, расслоений или, что наиболее важно, ухудшения функций. Электрически транзисторы оставались стабильными даже после 1,000 повторных растяжек.
