На пути к прозрачным гибким компьютерам

Новый недорогой совместимый с современной КМОП-технологией процесс для изготовления гибких и полупрозрачных схем на основе кремния был открыт исследователями из Научно-технологического университета им. короля Абдаллы (KAUST) в Саудовской Аравии. Как заявила команда, методика является важным шагом вперед для разработки высокопроизводительных гибких и прозрачных компьютеров.

В последнее десятилетие был достигнут значительный прогресс в гибкой электронике и множестве новых приложений, таких как электронная бумага и искусственная кожа. Тем не менее, большинство этих устройств изготовлены из органических материалов, таких как полимеры, нанопроводов на основе углерода и углеродных нанотрубок, а не из неорганического кремния, хотя этот элемент является основой большинства современных технологий. Это потому, что кремний является хрупкими и жесткими, и поэтому трудно применим для гибких приложений.

Проблема с органическими гибкими электронными устройствами, однако, заключается в том, что они гораздо медленнее, чем их кремниевые аналоги. Они не очень устойчивы к высокой температуре и зачастую, в отличие от объемного кремния, не могут быть выполнены в виде сплошных пленок. Плотность интеграции (количество транзисторов, которые могут быть упакованы в одной микросхеме) для этих материалов также значительно ниже, чем для транзисторов на основе кремния, которые используются в сегодняшних микропроцессорах.

Хотя неорганическая гибкая электроника уже существуют, она опирается на дорогие субстраты, такие как SOI, UTSOI и кремний (111), а процессы для изготовления ультратонких кремния или пористого кремния далеко не просты.

Команда во главе с Мухаммедом Хусейном (Muhammad Hussain) может теперь преодолеть эти фундаментальные проблемы с помощью нового способа, который использует традиционные современные КМОП-совместимые процессы для преобразования кремниевых цепей в гибкие и полупрозрачные схемы, сохраняя при этом отличные электронные свойства кремния. Стоимость таких микросхем остается на низком уровне, так как исследователи используют наиболее распространенные подложки, применяемые в полупроводниковой промышленности сегодня: пластины объемного монокристаллического кремния (100).

Хусейн и его коллеги создали полевой МОП-транзистор р-типа, сначала сделав глубокие траншеи шириной менее 50 мкм на слое диоксида кремния (активный слой в цепи). Затем они добавили на вершину этого слоя затвор в виде стека из диэлектрика с высокой диэлектрической постоянной и металла с помощью осаждения атомного слоя. Осажденные пленки затем структурировали с помощью реактивного ионного травления с разрешением 5 мкм, сделав их пригодными для изготовления различных компонентов устройства.

Следующий шаг заключался в имплантации примесных ионов для формирования истока и стока электронов в активной области, и эти электроды подсоединялись к подложке с помощью пленки силицида никеля. Затем в контактных площадках создавались отверстия, и далее по всей поверхности образца. Наконец, для создания в кремниевой подложке прямых глубоких каналов около 30 мкм использовалось глубокое реактивное ионное травление.

Затем тонкая кремниевая пленка (содержащая все элементы устройства) освобождалась от основного субстрата, опять же используя травление. Эта пленка становилась гибкой и полупрозрачной благодаря сети протравленных отверстий.

Исследователи проверили электронные и механические свойства своих устройств и обнаружили, что подпороговый спад составляет 80 mV/dec, что является самым быстрым переключением для гибких транзисторов. «Более того, они имеют самый малый радиус изгиба по сравнению с любым другим гибким транзистором на сегодняшний день - в том числе пластиковым», - сказал Хусейн.

Джон Роджерс (John Rogers) из Университета Иллинойса, который не принимал участия в этой работе, отметил, что устройства «не только продемонстрировали механическую гибкость, но и замечательные уровни оптической прозрачности. Идеи, изложенные в работе, расширяют растущий инструментарий подходов и материалов для изготовления гибкой ИС, с отличной производительностью».

Результаты являются важным шагом вперед к реализации полностью гибкого компьютера, добавил Хуссейн. Действительно, команда из Саудовской Аравии говорит, что в настоящее время работает над созданием интегрированных систем, таких как складывающиеся вычислительные и коммуникационные устройства, используя разработанный гибкий и полупрозрачный кремний.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365