Reklam
Teknoloji Haberleri

Stanford’un Ultra İnce, Esnek Elektronikler için Çığır Açan Yeni Üretim Tekniği

reklam
Reklam


Nanopatterned Kontak İmalatı ile 2D Yarı İletken

Nano desenli kontaklara sahip 2D yarı iletken için transfer işleminin çizimi (solda) ve transfer edilmiş yapılara sahip esnek şeffaf substratın fotoğrafı (sağda). Kredi: Victoria Chen/Alwin Daus/Pop Lab

reklam

Giyilebilir esnek elektroniklerin uzun süredir aranan geleceği zor kanıtlandı, ancak Stanford araştırmacıları bir atılım yaptıklarını söylüyorlar.

Ultra ince, esnek bilgisayar devreleri yıllardır bir mühendislik hedefi olmuştur, ancak teknik engeller, yüksek performans elde etmek için gereken minyatürleştirme derecesini engellemiştir. Şimdi, Stanford Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, 100 nanometreden daha kısa, daha önce mümkün olandan birkaç kat daha küçük, esnek, atomik olarak ince transistörler üreten bir üretim tekniği icat ettiler. Teknik, bugün (17 Haziran 2021) yayınlanan bir makalede detaylandırılmıştır. Doğa Elektroniği.

reklam

İlerleme ile, araştırmacılar, sözde “flextronics” gerçeğe daha da yaklaştığını söyledi. Esnek elektronikler, sağlıkla ilgili sayısız görevi yerine getirmek için insan vücuduna takılabilen veya implante edilebilen bükülebilir, şekillendirilebilir, ancak enerji açısından verimli bilgisayar devreleri vaat ediyor. Dahası, hayatımızdaki hemen hemen her cihazın esnek elektroniklerle entegre olduğu ve birbiriyle bağlantılı olduğu yaklaşan “nesnelerin interneti” de benzer şekilde flextronics’ten faydalanmalıdır.

Teknik zorluklar

Esnek elektronikler için uygun malzemeler arasında, iki boyutlu (2D) yarı iletkenler, nano ölçekte bile mükemmel mekanik ve elektriksel özellikleri nedeniyle umut vaat ediyor ve bu da onları geleneksel silikon veya organik malzemelerden daha iyi adaylar haline getiriyor.

Bugüne kadarki mühendislik zorluğu, bu neredeyse imkansız derecede ince cihazların oluşturulmasının, esnek plastik alt tabakalar için çok fazla ısı yoğun bir süreç gerektirmesi olmuştur. Bu esnek malzemeler üretim sürecinde basitçe erir ve ayrışır.

Stanford’da elektrik mühendisliği profesörü olan Eric Pop’a ve Pop’un laboratuvarında doktora sonrası araştırmacı olan ve tekniği geliştiren Alwin Daus’a göre çözüm, bunu esnek olmayan bir temel alt tabaka ile başlayarak adım adım yapmaktır.

Camla kaplanmış katı bir silikon levhanın üzerinde Pop ve Daus, 2D yarı iletken molibden disülfürün (MoS) atomik olarak ince bir filmini oluşturur.2) küçük nano desenli altın elektrotlarla kaplanmıştır. Bu adım geleneksel silikon substrat üzerinde gerçekleştirildiğinden, nano ölçekli transistör boyutları mevcut gelişmiş modelleme teknikleri ile modellenebilir, aksi takdirde esnek plastik substratlar üzerinde imkansız olan bir çözünürlük elde edilir.

Kimyasal buhar biriktirme (CVD) olarak bilinen katmanlama tekniği, bir MoS2 filmi oluşturur.2 bir seferde bir atom tabakası. Ortaya çıkan film sadece üç atom kalınlığındadır, ancak çalışması için 850 C’ye (1500 F’nin üzerinde) ulaşan sıcaklıklar gerektirir. Karşılaştırıldığında, ince bir plastik olan poliimidden yapılmış esnek alt tabaka, uzun zaman önce 360 ​​C (680 F) civarında bir yerde şeklini kaybetmiş ve daha yüksek sıcaklıklarda tamamen ayrışmış olurdu.

Stanford araştırmacıları, ilk olarak bu kritik parçaları sert silikon üzerinde modelleyerek ve şekillendirerek ve soğumalarına izin vererek esnek malzemeyi zarar görmeden uygulayabilirler. Deiyonize suda basit bir banyo ile, tüm cihaz yığını geriye doğru soyulur ve artık tamamen esnek poliimide aktarılır.

Birkaç ek üretim adımından sonra, sonuçlar, atomik olarak ince yarı iletkenlerle daha önce üretilenlerden birkaç kat daha yüksek performansa sahip esnek transistörlerdir. Araştırmacılar, tüm devrelerin inşa edilip daha sonra esnek malzemeye aktarılabileceğini, ancak sonraki katmanlarla ilgili bazı komplikasyonların transferden sonra bu ek adımları kolaylaştırdığını söyledi.

Makalenin kıdemli yazarı Pop, “Sonunda, esnek poliimid de dahil olmak üzere tüm yapı sadece 5 mikron kalınlığında” dedi. “Bu, insan saçından yaklaşık on kat daha ince.”

Esnek bir malzeme üzerinde nano ölçekli transistörler üretmedeki teknik başarı başlı başına kayda değer olsa da, araştırmacılar cihazlarını aynı zamanda düşük voltajda çalışırken yüksek elektrik akımlarını kaldırabilecekleri anlamına gelen “yüksek performans” olarak tanımladılar. , düşük güç tüketimi için gerektiği gibi.

Makalenin ilk yazarı olan Daus, “Bu ölçek küçültmenin çeşitli faydaları var” dedi. “Elbette belirli bir alana daha fazla transistör sığdırabilirsiniz, ancak daha düşük voltajda daha yüksek akımlara da sahip olabilirsiniz – daha az güç tüketimi ile yüksek hız.”

Bu arada, altın metal kontaklar, kullanım sırasında transistörler tarafından üretilen ısıyı dağıtır ve yayar – aksi takdirde esnek poliimidi tehlikeye atabilecek ısı.

Gelecek vaat eden

Prototip ve patent başvurusunun tamamlanmasıyla Daus ve Pop, cihazları iyileştirme konusundaki bir sonraki zorluklarına geçtiler. Atomik olarak ince diğer iki yarı iletkeni (MoSe) kullanarak benzer transistörler inşa ettiler.2 ve WSe2) tekniğin geniş uygulanabilirliğini göstermek için.

Bu arada Daus, gelecekteki varyasyonların dış dünya ile kablosuz olarak iletişim kurmasını sağlayacak cihazlarla radyo devrelerini entegre etmeyi araştırdığını söyledi – özellikle insan vücuduna implante edilen veya diğer cihazların derinliklerine entegre edilenler olmak üzere flextronics için canlılığa doğru büyük bir adım daha. nesnelerin internetine bağlı.

“Bu, gelecek vaat eden bir üretim tekniğinden daha fazlası. Esnekliği, yoğunluğu, yüksek performansı ve düşük gücü aynı anda elde ettik,” dedi Pop. “Bu çalışma, teknolojiyi birkaç düzeyde ilerleteceğini umuyorum.”

Referans: 17 Haziran 2021, Doğa Elektroniği.
DOI: 10.1038 / s41928-021-00598-6

Ortak yazarlar arasında doktora sonrası akademisyenler Sam Vaziri ve Kevin Brenner, doktora adayları Victoria Chen, Çağıl Köroğlu, Ryan Grady, Connor Bailey ve Kirstin Schauble ve araştırma bilimcisi Hye Ryoung Lee yer alıyor.

Bu araştırma için fon, İsviçre Ulusal Bilim Vakfı’nın Erken Doktora Sonrası Hareketlilik Bursu, Pekin İşbirliğine Dayalı Yenilik Enstitüsü, ABD Ulusal Bilim Vakfı ve Stanford SystemX Alliance tarafından sağlandı.




scitechdaily.com

Source link

reklam
reklamm

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

reklam
Başa dön tuşu

Reklam Engelleyici Algılandı

Lütfen Reklam Engelleyiciyi Kapatınız