Сьогодні здається, що сучасна електроніка, це щось монолітне, тверде, але недалекий той день і годину, коли електронні пристрої стануть гнучкими (і деякі виробники вже досягли успіху!), смартфони можна буде згорнути в трубочку, а монітор в 2 метри буде автоматично «розкочуватися» при включенні телевізора або комп'ютера... Це, звичайно, поки мрії, але реальна гнучка електроніка вже в усю виробляється в лабораторіях по всьому світу в якості дослідних зразків для пошуку найбільш оптимальної і дешевої технології.
Тема створення гнучкої не вуглецевої, а саме кремнієвої електроніки спонукала розробників з Інституту науки і технологій короля Абдули, що в Саудівській Аравії (так-так, нафта прогресу не перешкода), розробити новий метод перенесення мікроелектронних компонентів таких, як ємності, транзистори, а також цілих мікрочіпів на гнучку підкладку діоксиду кремнію або полікристалічного/аморфного кремнію.
Звичайно, вирішення даного питання не нове і багато лабораторій вже виконали чималу роботу на цьому терені. Наприклад, IBM рік тому представила своє бачення гнучкої електроніки, до цього була зроблена маса спроб створювати «підпружені» контакти, скріплювати між собою окремі, невеликі чіпи на звичайному кремнії проведеними полімерами і навіть рішення на основі вуглецевих нанотрубок, проте описана нижче технологія вимагає лише невеликої зміни техпроцесів на виробництві і використовує кремній і діоксид кремнію.
Отже, мало хто, мабуть, знає, що звичайне скло можна зігнути практично навпіл, вся справа лише в товщині виробу. Це фактично те ж саме, що порівнювати алюмінієву або залізну тонку фольгу з об'ємним шматком металу. Ось і представлена технологія використовує даний ефект, тобто товщина підкладки зменшена до всього-на-всього 5 мікрон. Щоб відокремити підкладку від носія в ній «звіряться» дірки розміром близько 3-5 мікрометрів, через які потім і відбувається реакційне травлення з рівномірним відділенням підкладки він носія.
Два процеси створення гнучкої електроніки: а) на прозорій підкладці з діоксиду кремнію і б) на звичайній кремнієвій підкладці
Щоб перевірити працездатність і відтворювання цього технологічного процесу, автори роботи створили гнучкі напівпровідникові ємності (MOSCAP), польові транзистори (MOSFET), і конденсатори типу метал-ізолятор-метал (MIMCAP). Всі тестові зразки впевнено гнуться і демонструють практично невідличні характеристики порівняно з об'ємними побратимами.
Конденсатори і польові транзистори, створені на тонкій і від того гнучкій пластині кремнію
Але і це ще не все, в роботі так само представлена робота готових пристроїв таких, як мікро-Li-Ion батарейка і термоелектричний генератор:
Демонстрація роботи реальних пристроїв: a-b) термоелектричний генератор і його характеристики ©, d) літієва батарейка і її місткість (e)
Говорячи про вартість, автори пишуть, що всі задіяні у виготовленні процеси рівнозначні тим, що використовуються на звичайному виробництві, за винятком одного - реактивного цькування за допомогою XeF2 з подальшим відділенням пластини. Однак на 18 см2 пластину витрачається близько 2 г даного з'єднання (100 циклів, 30 с/цикл). Враховуючи вартість в 8 $/г, виходить, що все процедура травлення виходить в 0.88 $/см2, що не так вже й мало. А рекуперація Xe - хоча б часткова - дозволить знизити витрати багаторазово. До того ж, потонуття підкладки дозволить істотно економити матеріали.
І наостанок, відео, в якому автори «граються» з 4 дюймовою пластиною, взяти яке можна тут.
Оригінальна стаття опублікована в журналі ACSNano.
Іноді коротко, а іноді не дуже про новини науки і технологій можна почитати на моєму Телеграм-каналі - милості просимо;)
