211service.com
Salokāmas, izstiepjamas shēmas
Pētnieki Ilinoisas Universitātē Urbana Champaign un Ziemeļrietumu universitātē Evanstonā, IL, ir parādījuši, ka elektriskās ķēdes var salocīt un izstiepties, un tās joprojām atbilst to ķēžu veiktspējai, kas veidotas uz stingrām plāksnēm. Izgatavotas no plānām silīcija loksnēm uz plastmasas vai gumijas, šīs saliekamās shēmas varētu pavērt ceļu tādiem lietojumiem kā valkājami datori un implantējamas veselības uzraudzības sistēmas.
Silīcija stiepšanās: Augšējā attēlā redzama savīta silīcija ķēde uz elastīga polimēra. Zem tā ir invertoru – shēmas komponentu – optiskie mikrogrāfi no iepriekš minētās shēmas. Ķēdes viļņošanās ir saistīta ar to, ka tā tika piestiprināta polimēram, kad polimērs tika izstiepts. Šeit redzams, ka polimērs ir atslābinātā stāvoklī.
Džons Rodžerss , Ilinoisas universitātes materiālu zinātnes profesors, un viņa kolēģi ir pierādījuši, ka ir iespējams izmantot īpaši plānu silīciju, lai izveidotu veselas loksnes no salokāmām un stiepjamām shēmām, kas izgatavotas no tādām ierīcēm kā tranzistori, pastiprinātāji un loģiskie vārti. Rezultāti tika publicēti šonedēļ Zinātne . Iepriekš Rodžerss izgatavoja salokāmas un izstiepjamas silīcija tranzistoru lentes, taču jaunais darbs parāda, ka ir iespējams izmantot tehniku, lai uz stiepjamām virsmām novietotu sarežģītu shēmu loksnes. Mēs paplašinājām jēdzienu ķēdes līmenī, lai padarītu visu ķēdes sistēmu pēc iespējas plānāku, saka Rodžerss. Viss biezums ir 1,5 mikroni, un tas ietver plastmasas substrātu, metalizāciju, silīciju, dielektriķus - visu. Ķēde ar tik šauru formas faktoru ir dabiski saliekama tikai ar mehānikas palīdzību.
Saliekamā elektronika nav nekas jauns: pētnieki iepriekš ir apzīmogojuši, drukājuši un izsmidzinājuši shēmas uz plastmasas loksnēm. Tomēr šīs shēmas ir izgatavotas no organiskiem pusvadītāju materiāliem — tās ir noderīgas, piemēram, tranzistori sarullējamos displejos, taču tās vienkārši ir pārāk lēnas, lai tās izmantotu sarežģītākai skaitļošanai.
2005. gadā Rodžerss atrada veidu, kā padarīt vienkristālisko silīciju — tādu, kādu izmanto datoru mikroshēmu izgatavošanai — salocīt un izstiept, pielīmējot īpaši plānas tā lentes pie sasprindzinātām gumijai līdzīgām pamatnēm un pēc tam ļaujot gumijai nofiksēties atpakaļ vietā. (Skatīt Izstiepjamo silīciju.) Tā kā silīcijs bija tik plāns — tikai dažus simtus nanometru biezs —, tas, nesalūstot, salocījās viļņos uz gumijas, ko varēja atkal un atkal izstiept.
Multivide
Skatiet īpaši plānas silīcija shēmas komponenta izliekšanos.
Jaunajā darbā šī īpaši plānā ģeometrija tiek izmantota, lai izveidotu divu veidu ķēdes. Viens veids ir tikai salokāms: uz silīcija bāzes izgatavotas shēmas tika novietotas uz nenospriegotas plastmasas loksnēm, kā rezultātā tika izveidota shēma, kas var salocīt kā papīra gabals. Lai nodrošinātu, ka ķēde darbojas labi neatkarīgi no tā, kādā virzienā tā ir savīta vai saliekta, pētnieki novieto silīciju vai jebkuru ķēdes daļu, kas ir trauslākā, tādā attālumā starp ķēdes lapas augšējo un apakšējo daļu, kas ir vismazākā. slodzes daudzums. Trauslo ķēdes komponentu novietošana ķēdes loksnē atbilstošā vietā optimizē elektroniku un ļauj tām darboties tikpat labi kā uz cietas plāksnes, saka Rodžerss.
Pētnieki izveidoja otra veida ķēdi, paņemot optimizētās shēmas loksnes un savienojot tās ar iepriekš izstieptu gumiju, kas tika pagarināta abos virzienos. Kad gumijai ļauj atslābt, silīcija slānis sasprādzējas sarežģītā, viļņainā veidā, saka Rodžerss. Viņš saka, ka, izmantojot rakstā sniegto plašu analītisko un skaitļošanas modelēšanu, mēs pilnībā saprotam, kā veidojas šīs viļņainās formas un kā ķēžu izkārtojumi … nosaka [viļņu] telpiskās ģeometrijas. Kamēr salokāmās shēmas ir pilnībā optimizētas, viņš saka, ka viņa komanda joprojām strādā, lai optimizētu izstiepjamās shēmas. Tā kā pētnieki var atrast pozīcijas visā ķēdē, kur veidosies viļņotas struktūras, kad gumija tiek atbrīvota, Rodžers saka, ka viņi var izvēlēties šīs vietas tā, lai tie nepārklātu trauslus vai spriedzi jutīgus ķēdes komponentus. Viņš atzīmē, ka šis aspekts ir pašreizējā darba uzlabojums, un tas tiks parādīts nākamajā rakstā.
Pētījums piedāvā pilnīgi jaunu ķēdes koncepciju, saka Džeņcjana Ma , elektroinženieru un datorzinātņu profesors Viskonsinas-Medisonas Universitātē. Ma iepriekš ir uzbūvējis īpaši ātrus silīcija tranzistorus uz saliekamām pamatnēm, kas darbojas augstās frekvencēs, padarot tos noderīgus, piemēram, antenām, kas iebūvētas uz lidmašīnu spārniem. (Skatiet sadaļu Elastīgā silīcija rekordlielais ātrums.) Lai gan Rodžersa tranzistori ir lēnāki, viņa integrētajām shēmām ir priekšrocība, jo tās ir veidotas, ņemot vērā plānā silīcija viļņaino ģeometriju, lai tās varētu optimizēt uz elastīga pamatnes.
Rodžers saka, ka viena joma, kurā salokāmās, izstiepjamās shēmas varētu būt noderīgas, ir neirozinātne. (Skatiet TR10: Personalizēti medicīniskie monitori.) Viņš strādā pie projekta, kas varētu ļaut plānai elektronikas loksnei aptīt smadzenes, pārraugot elektrisko aktivitāti, lai noteiktu turpmāko krampju lēkmju indikatorus cilvēkiem ar epilepsiju. Turklāt Rodžers un viņa kolēģi veido lateksa ķirurģiskos cimdus ar integrētu elektroniku, kas varētu funkcionāli pievienot sensoru vai dažos gadījumos sniegt taustes atgriezenisko saiti ķirurģijas studentu apmācībai.
Šiem jaunajiem ķēžu veidiem ir daudz lietojumprogrammu, saka Ma. Dažās lietojumprogrammās … vienīgā izvēle var būt elastīgas un salokāmas integrālās shēmas. Viņš piebilst, ka jaunā integrālās shēmas koncepcija ir aizpildījusi svarīgu lietojuma plaisu, ko nevar aizpildīt stingras, uz mikroshēmām balstītas shēmas.