Teknik manufaktur baru untuk elektronik fleksibel
Electronics

Teknik manufaktur baru untuk elektronik fleksibel


Ilustrasi proses transfer semikonduktor 2D dengan kontak berpola nano (kiri) dan foto substrat transparan fleksibel dengan struktur yang ditransfer (kanan). Kredit: Victoria Chen/Alwin Daus/Pop Lab

Sirkuit komputer yang sangat tipis dan fleksibel telah menjadi tujuan rekayasa selama bertahun-tahun, tetapi rintangan teknis telah mencegah tingkat miniaturisasi yang diperlukan untuk mencapai kinerja tinggi. Sekarang, para peneliti di Universitas Stanford telah menemukan teknik manufaktur yang menghasilkan transistor yang fleksibel dan tipis secara atomik dengan panjang kurang dari 100 nanometer—beberapa kali lebih kecil dari kemungkinan sebelumnya. Teknik ini dirinci dalam makalah yang diterbitkan 17 Juni di Elektronik Alam.

Dengan kemajuan, kata para peneliti, apa yang disebut “flextronics” bergerak lebih dekat dengan kenyataan. Elektronik fleksibel menjanjikan sirkuit komputer yang dapat ditekuk, dapat dibentuk, namun hemat energi yang dapat dikenakan atau ditanamkan dalam tubuh manusia untuk melakukan berbagai tugas yang berhubungan dengan kesehatan. Terlebih lagi, “internet of things” yang akan datang, di mana hampir setiap perangkat dalam kehidupan kita terintegrasi dan saling terhubung dengan elektronik fleksibel, juga harus mendapat manfaat dari flextronics.

Kesulitan teknis

Di antara bahan yang cocok untuk elektronik fleksibel, semikonduktor dua dimensi (2D) telah menjanjikan karena sifat mekanik dan listriknya yang sangat baik, bahkan pada skala nano, menjadikannya kandidat yang lebih baik daripada silikon konvensional atau bahan organik.

Tantangan rekayasa hingga saat ini adalah bahwa membentuk perangkat tipis yang hampir mustahil ini memerlukan proses yang terlalu intensif panas untuk substrat plastik fleksibel. Bahan-bahan fleksibel ini hanya akan meleleh dan terurai dalam proses produksi.

Solusinya, menurut Eric Pop, seorang profesor teknik elektro di Stanford, dan Alwin Daus, seorang sarjana postdoctoral di lab Pop, yang mengembangkan teknik ini, adalah melakukannya secara bertahap, dimulai dengan substrat dasar yang tidak fleksibel.

Di atas lempengan padat silikon yang dilapisi kaca, Pop dan Daus membentuk film tipis atomik dari semikonduktor molibdenum disulfida (MoS2) 2D yang dilapisi dengan elektroda emas kecil berpola nano. Karena langkah ini dilakukan pada substrat silikon konvensional, dimensi transistor skala nano dapat dipola dengan teknik pola canggih yang ada, mencapai resolusi yang tidak mungkin dilakukan pada substrat plastik fleksibel.

Teknik pelapisan, yang dikenal sebagai deposisi uap kimia (CVD), menumbuhkan lapisan MoS2 satu lapisan atom pada suatu waktu. Film yang dihasilkan hanya setebal tiga atom, tetapi membutuhkan suhu mencapai 850 C (lebih dari 1500 F) untuk bekerja. Sebagai perbandingan, substrat fleksibel—terbuat dari polimida, plastik tipis—sudah lama kehilangan bentuknya di suatu tempat sekitar 360 C (680 F), dan benar-benar terurai pada suhu yang lebih tinggi.

Dengan terlebih dahulu membuat pola dan membentuk bagian-bagian penting ini pada silikon kaku dan membiarkannya mendingin, para peneliti Stanford dapat menerapkan bahan fleksibel tanpa kerusakan. Dengan rendaman sederhana dalam air deionisasi, seluruh tumpukan perangkat terkelupas, sekarang sepenuhnya ditransfer ke polimida fleksibel.

Setelah beberapa langkah fabrikasi tambahan, hasilnya adalah transistor fleksibel yang mampu menghasilkan kinerja beberapa kali lebih tinggi daripada yang diproduksi sebelumnya dengan semikonduktor tipis atom. Para peneliti mengatakan bahwa sementara seluruh sirkuit dapat dibangun dan kemudian ditransfer ke bahan yang fleksibel, komplikasi tertentu dengan lapisan berikutnya membuat langkah-langkah tambahan lebih mudah setelah transfer.

“Pada akhirnya, seluruh struktur hanya setebal 5 mikron, termasuk polimida fleksibel,” kata Pop, penulis senior makalah tersebut. “Itu sekitar sepuluh kali lebih tipis dari rambut manusia.”

Sementara pencapaian teknis dalam memproduksi transistor skala nano pada bahan yang fleksibel adalah penting dalam dirinya sendiri, para peneliti juga menggambarkan perangkat mereka sebagai “performa tinggi,” yang dalam konteks ini berarti bahwa mereka mampu menangani arus listrik tinggi saat beroperasi pada tegangan rendah. , seperti yang diperlukan untuk konsumsi daya yang rendah.

“Penurunan skala ini memiliki beberapa manfaat,” kata Daus, penulis pertama makalah ini. “Anda dapat memasukkan lebih banyak transistor dalam tapak tertentu, tentu saja, tetapi Anda juga dapat memiliki arus yang lebih tinggi pada tegangan yang lebih rendah—kecepatan tinggi dengan konsumsi daya yang lebih sedikit.”

Sementara itu, kontak logam emas menghilangkan dan menyebarkan panas yang dihasilkan oleh transistor saat digunakan—panas yang dapat membahayakan polimida fleksibel.

Masa depan yang menjanjikan

Dengan prototipe dan aplikasi paten yang lengkap, Daus dan Pop telah beralih ke tantangan berikutnya dalam menyempurnakan perangkat. Mereka telah membangun transistor serupa menggunakan dua semikonduktor tipis atom lainnya (MoSe2 dan WSe2) untuk menunjukkan penerapan yang luas dari teknik ini.

Sementara itu, Daus mengatakan bahwa dia sedang mempertimbangkan untuk mengintegrasikan sirkuit radio dengan perangkat, yang akan memungkinkan variasi masa depan untuk berkomunikasi secara nirkabel dengan dunia luar — lompatan besar lainnya menuju kelayakan untuk flextronics, terutama yang ditanamkan di tubuh manusia atau terintegrasi jauh di dalam perangkat lain. terhubung ke internet of things.

“Ini lebih dari sekadar teknik produksi yang menjanjikan. Kami telah mencapai fleksibilitas, kepadatan, kinerja tinggi, dan daya rendah—semuanya pada saat yang bersamaan,” kata Pop. “Pekerjaan ini diharapkan akan memajukan teknologi di beberapa tingkatan.”


Elektronik fleksibel dan transparan yang dibuat menggunakan semikonduktor dua dimensi


Informasi lebih lanjut:
Elektronik Alam (2021). DOI: 10.1038 / s41928-021-00598-6

Disediakan oleh Universitas Stanford

Kutipan: Teknik manufaktur baru untuk elektronik fleksibel (2021, 17 Juni) diambil pada 17 Juni 2021 dari https://techxplore.com/news/2021-06-technique-flexible-electronics.html

Dokumen ini tunduk pada hak cipta. Terlepas dari transaksi wajar apa pun untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.


Halaman Ini Di Persembahkan Oleh : Togel Hongkong