Подпружиненный кремниевый чип выдерживает 5-кратное растяжение

Гибкая электроника, известная сегодня, как правило базируется на полимерных материалах, которые, как полупроводники, существенно уступают кремнию. Кроме того, полимеры плохо совместимы со стандартными производственными процессами сегодняшней полупроводниковой индустрии. Поэтому, если бы удалось получить гибкий и эластичный кремний, это было бы идеальным вариантом для приложений носимой электроники.

О том, как удалось решить проблему хрупкости, традиционно свойственной сверхтонким кремниевым материалам, в статье для журнала Applied Physics Letters рассказали авторы нового метода, научный коллектив под руководством Мухамеда Хусейна (Muhammad Mustafa Hussain).

Кремниевые электронные устройства, изготовленные по технологии, разработанной в Научно-техническом университете KAUST (Саудовская Аравия), можно без ущерба для них растягивать и складывать.

Предложенная конструкция состоит из толстых «островков» кремния, соединённых между собой тонкими, кремниевыми же, пружинками. Первые предоставляют механическую поддержку, а вторые обеспечивают гибкость.

При растяжении эти микроскопические пружины не должны перепутываться. Выбирая оптимальный вариант их формы, ученые рассматривали спиральные и фрактальные структуры. В конечном итоге, они остановились на заимствованной у природы сферолитово-ламеллярной структуре (радиально-концентрическая, без ответвлений). Эксперименты показали, что такая геометрическая конструкция наилучшим образом распределяет нагрузку по всей длине пружины.

Опытный образец в испытаниях растягивали в пять раз от первоначальной площади. Пружины также позволяли накладывать островки один на другой, что давало радиус изгиба 130 мкм, независимо от толщины устройства.

Авторы считают, что их метод практически без изменений можно использовать для производства широкого круга гибких устройств: солнечных панелей, принимающих форму криволинейных поверхностей, складных сенсорных дисплеев и интегральных схем, медицинских имплантов, изменяющих форму при движении человека или в процессе его роста.

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