ทีมนักวิจัยที่สแตนฟอร์ดใช้เวลาเกือบสองทศวรรษในการพัฒนาวงจรรวมที่มีลักษณะเหมือนผิวหนัง ซึ่งสามารถยืด พับ งอ และบิดได้ โดยทำงานตลอดเวลา จากนั้นจึงดึงกลับโดยไม่มีอะไรเสียหายทุกครั้ง วงจรดังกล่าวแสดงให้เห็นถึงผลิตภัณฑ์ที่สวมใส่ได้และปลูกฝังได้ทุกวัน แต่มีอุปสรรค์หนึ่งที่ขวางทางอยู่เสมอ
ทีมคิดว่าพวกเขามีทางออก ในการศึกษาครั้งใหม่ กลุ่มนี้อธิบายถึงวิธีที่พวกเขาพิมพ์วงจรรวมที่ยืดได้แต่ทนทานบนวัสดุที่มีลักษณะเหมือนยางและผิวหนัง โดยใช้อุปกรณ์เดียวกันที่ออกแบบมาเพื่อทำชิปซิลิคอนที่เป็นของแข็ง ซึ่งเป็นความสำเร็จที่สามารถทำให้การเปลี่ยนผ่านไปสู่การค้าขายได้ง่ายขึ้นด้วยการเปลี่ยนโรงหล่อ ที่ทุกวันนี้สร้างวงจรแข็งเพื่อผลิตวงจรที่ยืดหยุ่นได้
กระบวนการนี้ทำให้นักวิจัยสามารถบีบทรานซิสเตอร์มากกว่า 40,000 ตัวในวงจรแบบยืดได้ขนาดเดียวตารางเซนติเมตร แต่ทีมงานคิดว่าจะเพิ่มจำนวนนั้นเป็นสองเท่า แม้ว่านั่นจะยังห่างไกลจากทรานซิสเตอร์หลายพันล้านตัวที่สามารถบีบลงในพื้นที่เดียวกันบนชิปซิลิคอนได้ แต่ก็เพียงพอแล้วที่จะสร้างวงจรง่ายๆ สำหรับเซ็นเซอร์ที่ผิวหนัง เครือข่ายขนาดร่างกาย และอิเล็กทรอนิคส์ชีวภาพแบบฝังที่มีการใช้งาน จินตนาการ
“วิธีการของเราช่วยเพิ่มความยืดหยุ่น-ทรานซิสเตอร์ หนาแน่นกว่า 100 เท่า กว่าที่ใครๆ เคยทำมา และมันก็ทำด้วยความสม่ำเสมอที่ยอดเยี่ยมในทรานซิสเตอร์ในขณะที่ไม่สูญเสียประสิทธิภาพทางอิเล็กทรอนิกส์หรือทางกล” นักวิจัยกล่าว
กรรมวิธีเก่า เคมีใหม่
ข้อได้เปรียบที่สำคัญของกระบวนการสแตนฟอร์ดคือสามารถทำได้โดยใช้อุปกรณ์เดียวกันกับที่ใช้ทำชิปซิลิกอนในปัจจุบัน กระบวนการที่เรียกว่า photolithography ใช้แสงอัลตราไวโอเลต (UV) เพื่อถ่ายโอนรูปแบบทางเรขาคณิตที่สลับซับซ้อนและแอคทีฟทางไฟฟ้า—a วงจรไฟฟ้า- ลงบนพื้นผิวที่เป็นของแข็ง ทีละชั้น เป็นกระบวนการเคลือบที่ซับซ้อนและหลายขั้นตอน โดยเผยให้เห็นแสง การกัดเซาะของสารเคมี และการล้างที่ทิ้งไว้เบื้องหลังวงจรที่สำคัญทั้งหมด
วิธีนี้ใช้ได้ผลมานานหลายทศวรรษใน สารกึ่งตัวนำ อุตสาหกรรม แต่จนถึงปัจจุบัน สารเคมีที่ใช้ในการละลายและชะล้างวัสดุที่ทนต่อแสงยังล้างพอลิเมอร์ที่มีลักษณะคล้ายผิวหนังซึ่งเป็นรากฐานของวงจรที่ยืดออกได้ ทีมงานของ Bao กำลังสอนอุปกรณ์การผลิตที่ผ่านการทดลองและใช้งานได้จริงเพื่อใช้กลอุบายใหม่ๆ ด้วยการพัฒนาโฟโตเคมีภัณฑ์ใหม่ที่ทำงานบนวัสดุที่ยืดหยุ่นได้เหล่านี้ อันที่จริง กระบวนการของสแตนฟอร์ดยังช่วยขจัดบางขั้นตอนที่จำเป็นในการผลิตซิลิกอนอีกด้วย ทั้งหมดนี้รวมกันเป็นผลลัพธ์ที่น่าทึ่ง
หนาแน่นและทนทาน
ทีมงานใช้กระบวนการใหม่ในการผลิตวงจรที่ยืดหยุ่นได้ประมาณเท่าๆ กัน บริการระบบไฟฟ้า ประสิทธิภาพเช่นเดียวกับทรานซิสเตอร์ที่ใช้กับจอภาพคอมพิวเตอร์ในปัจจุบัน ซึ่งมีประโยชน์สำหรับการใช้งานจริง จากนั้นจึงทดสอบวัสดุเพื่อความทนทานและประสิทธิภาพ การยืดวงจรเพื่อเพิ่มขนาดเดิมเป็นสองเท่า ทั้งแบบขนานและตั้งฉากกับทิศทางของวงจร วัสดุที่พิมพ์ใหม่ไม่มีรอยแตก ขาด หรือที่สำคัญที่สุดคือการทำงานลดลง ทางไฟฟ้า ทรานซิสเตอร์ยังคงมีเสถียรภาพ แม้จะยืดออกซ้ำแล้วซ้ำอีก 1,000 ครั้ง
