Một nhóm các nhà nghiên cứu tại Stanford đã dành gần hai thập kỷ để cố gắng phát triển các mạch tích hợp giống như da có thể kéo dài, gấp lại, uốn cong và xoắn — hoạt động mọi lúc — và sau đó luôn hoạt động trở lại mà không bị lỗi. Các mạch điện như vậy dự đoán một ngày của các sản phẩm có thể đeo và cấy ghép, nhưng một trở ngại luôn cản đường.
Nhóm nghiên cứu nghĩ rằng họ có một giải pháp. Trong một nghiên cứu mới, nhóm mô tả cách họ in các mạch tích hợp có thể co giãn nhưng vẫn bền trên các vật liệu giống như da, cao su, sử dụng cùng một thiết bị được thiết kế để tạo ra các chip silicon rắn - một thành tựu có thể giúp dễ dàng chuyển đổi sang thương mại hóa bằng cách chuyển đổi xưởng đúc mà ngày nay tạo ra các mạch cứng để tạo ra những mạch có thể co giãn.
Quá trình này cho phép các nhà nghiên cứu ép hơn 40,000 bóng bán dẫn trong một cm vuông mạch điện có thể co giãn, nhưng nhóm nghiên cứu cho rằng con số đó gấp đôi là trong tầm tay. Mặc dù điều đó vẫn còn khác xa so với hàng tỷ bóng bán dẫn có thể được ép vào cùng một khu vực trên chip silicon, nhưng nó sẽ đủ để tạo ra các mạch đơn giản cho các cảm biến trên da, mạng quy mô cơ thể và điện tử sinh học có thể cấy ghép với các ứng dụng chưa được tưởng tượng.
“Phương pháp của chúng tôi cải thiện độ đàn hồi-Transistor mật độ gấp hơn 100 lần những gì bất kỳ ai khác đã đạt được cho đến nay. Và nó thực hiện điều đó với sự đồng nhất tuyệt vời trong các bóng bán dẫn trong khi không phải hy sinh gì về hiệu suất điện tử hoặc cơ học, ”nhà nghiên cứu cho biết.
Quy trình cũ, hóa học mới
Một ưu điểm chính của quy trình Stanford là nó có thể được thực hiện với cùng một thiết bị được sử dụng để sản xuất chip silicon ngày nay. Quy trình, được gọi là quang khắc, sử dụng ánh sáng cực tím (UV) để chuyển một dạng hình học phức tạp, hoạt động về điện — a mạch—Không có chất nền chắc chắn, từng lớp một. Đó là một quá trình phức tạp, nhiều bước của lớp phủ, tiếp xúc với ánh sáng, hóa chất ăn mòn và rửa sạch để lại mạch điện quan trọng.
Phương pháp này đã hoạt động trong nhiều thập kỷ trong Semiconductor Tuy nhiên, cho đến nay, các hóa chất được sử dụng để hòa tan và rửa trôi các vật liệu cản sáng cũng rửa trôi các polyme giống như da vốn là nền tảng của các mạch co giãn. Bằng cách phát triển các phương pháp quang hóa mới hoạt động trên các vật liệu co giãn này, nhóm của Bao đang hướng dẫn các thiết bị chế tạo đã được thử nghiệm để thực hiện các thủ thuật mới. Trên thực tế, quy trình Stanford thậm chí còn loại bỏ một số bước cần thiết trong sản xuất silicon. Tất cả tạo nên một kết quả đáng chú ý.
Dày đặc và bền
Nhóm đã sử dụng quy trình mới để sản xuất các mạch linh hoạt gần giống điện hiệu suất như các bóng bán dẫn được sử dụng cho màn hình máy tính hiện tại — hữu ích cho các ứng dụng thực tế — sau đó kiểm tra vật liệu của chúng về độ bền và hiệu suất. Kéo dài các mạch để tăng gấp đôi kích thước ban đầu của chúng, cả song song và vuông góc với hướng mạch, các vật liệu mới được in không có vết nứt, tách lớp hoặc quan trọng nhất là suy giảm chức năng. Về mặt điện, các bóng bán dẫn vẫn ổn định, ngay cả sau 1,000 lần kéo căng lặp lại.
