211service.com
Augstas veiktspējas elastīgs silīcijs
Tāda pati kvalitatīvā silīcija forma, kas tiek izmantota daudzos jaunos datoros, drīz varētu tikt sarullēta uz plastmasas loksnes. Pētnieki no Viskonsinas Universitātes Medisonā ir parādījuši, ka pēdējos gados Intel mikroprocesoros izmantoto ātrdarbīgo silīciju, ko sauc par sasprindzinātu silīciju, var padarīt pietiekami plānu, lai to pārnestu uz elastīgu substrātu.
Pēc pētnieku domām, spēja uzlikt sasprindzināta silīcija tranzistoru loksnes uz kaļamiem materiāliem var radīt augstas kvalitātes elastīgus displejus un saules baterijas vai galu galā pat uzlabotu protezēšanu vai datorizētas drēbes.
Lielākoties elastīgā elektronika ir izgatavota no organiskiem polimēriem, kas, lai arī ir saliekami, rada salīdzinoši sliktu veiktspēju. Tāpēc pētnieki ir piešķīruši silīcijam – standarta materiālam elektronikā – otru izskatu kā veidu, kā izveidot elastīgas shēmas (skatiet izstiepjamu silīciju).
Lai gan silīcijs parasti ir trausls, tas var saliekties, kad tas ir pietiekami plāns. Jo īpaši Viskonsinas pētnieki plānoja izveidot elastīgas sasprindzināta silīcija formas, kas ir augstas veiktspējas silīcija veids, ko Intel nesen komercializēja. Elektroni pārvietojas caur sasprindzinātu silīciju par 80 procentiem ātrāk nekā parastajā silīcijā, un tranzistori ieslēdzas un izslēdzas līdz aptuveni 30 procentiem ātrāk.
Tomēr līdz šim sasprindzināts silīcijs ir bijis pārāk apjomīgs – mikrometru biezs –, lai tas izlocītu. Viskonsinas pētnieki, kuru vadīja Makss Lagalijs , materiālu zinātnes profesors, atrada veidu, kā atšķaidīt materiālu līdz pāris simtiem nanometru, kā arī efektīvi noņemt to no silīcija vafeles, ļaujot to izmantot elastīgā un ātrdarbīgā elektronikā. (Viņu darbs ir aprakstīts nesenā izdevumā Lietišķās fizikas žurnāls .)
Sasprindzināts silīcijs parasti tiek ražots, izmantojot vairākus materiāla slāņus, ko sauc par silīcija germānu, kura atomiem ir lielāka atstarpe nekā silīcijam. Katrs silīcija germānija slānis tiek ķīmiski pārveidots, lai pakāpeniski ieviestu vairāk vietas starp atomiem. Visbeidzot, virsū tiek uzklāts plāns silīcija slānis. Kad silīcija atomi (dabiski izvietoti tuvāk viens otram nekā silīcija germānija atomi) saskaras ar silīcija germānija augšējo slāni, tie sasprindzinās, lai ar to savienotos. Ja jūs sasprindzināt silīcija režģi, varat uzlabot elektronu mobilitāti un veiktspēju savā ierīcē, saka Džons Rodžerss , materiālu zinātnes profesors Ilinoisas Universitātē, Urbānā.
Bet, izmantojot vairākus silīcija germānija slāņus, ierīce kļūst pārāk bieza, lai to saliektu. Lai sasprindzinātais silīcijs būtu pietiekami plāns, lai tas varētu izlocīties, Lagalijs un viņa komanda vispirms sāk ar silīcija plāksnīti ar diviem papildu slāņiem virsū: silīcija oksīda slāni un plānu silīcija slāni. Uz plānā silīcija slāņa tie uzklāj tikai vienu silīcija germānija slāni, kura biezums ir tikai 150 nanometri. Tā kā silīcija slānis zem silīcija germānija ir fiksēts, silīcija germānija atomi, kas atrodas platāki par silīciju, saspiežas kopā, saspiežoties, lai atbilstu silīcija slānim zem tā. Pēc tam pētnieki silīcija germānija virspusē pievieno plānu silīcija slāni, veidojot 250 nanometru biezu sviestmaizi.
Šobrīd Lagalijs skaidro, ka silīcijā nav spriedzes; silīcija germānijā ir tikai saspiešana. Lai pievienotu spriedzi, sviestmaizi no silīcija vafeles noņem, vannojot to fluorūdeņražskābē, kas saēd silīcija oksīdu – slāni, kas savieno sviestmaizi ar vafeli. Kad ierīce ir atbrīvota, attālums starp atomiem visos slāņos nedaudz pielāgojas: silīcija germānija atomi, kas iepriekš bija saspiesti, atslābinās, un silīcija atomi, kuriem iepriekš bija normāls attālums, attīstījās deformācija.
Ierīces noņemšana no vafeles ne tikai palielina silīcija spriedzi, bet arī ļauj to pārnest uz citu materiālu, saka Lagally. No šejienes ierīce tiek iespiesta elastīgā materiālā, pie kura tā pielīp ar speciālas līmes palīdzību.
Sigurds Vāgners , Prinstonas universitātes elektrotehnikas profesors, saka, ka darbs ir labi izpildīts piemērs augstas kvalitātes ierīču pārnešanai uz zemas kvalitātes substrātu. Svarīgi, viņš saka, ka tas pierāda, ka sasprindzināts silīcijs saglabā savas īpašības pēc pārvietošanas procesa, kas iepriekš nebija parādīts. Turklāt, saka Rodžers, process varētu būt piemērojams lielākajai daļai neorganisko materiālu, sākot no sasprindzināta silīcija, ko izmanto mikroprocesoros, līdz gallija arsenīda tranzistoriem gaismas diodēs.
Lagally sagaida, ka šāda veida elastīgs, ātrdarbīgs silīcijs dažu gadu laikā nonāks komerciālos produktos, visticamāk, sākotnēji elastīgās attēlveidošanas sistēmās un augstas kvalitātes displejos.