Dengan proses yang sederhana, para insinyur membuat transistor silikon fleksibel tercepat

How a Smartphone Knows Up from Down (accelerometer) (Juli 2019).

Anonim

Satu rahasia untuk menciptakan transistor fleksibel berbasis silikon tercepat di dunia: pisau yang sangat, sangat kecil.

Bekerja dalam kolaborasi dengan rekan-rekan di seluruh negeri, University of Wisconsin-Madison insinyur telah memelopori metode unik yang dapat memungkinkan produsen untuk dengan mudah dan murah membuat transistor kinerja tinggi dengan kemampuan nirkabel pada gulungan besar plastik fleksibel.

Para peneliti - dipimpin oleh Zhenqiang (Jack) Ma, Profesor Lynn H. Matthias di bidang Teknik dan Profesor Prestasi Vilas Distinguished di bidang teknik listrik dan komputer, dan ilmuwan penelitian Jung-Hun Seo - membuat transistor yang beroperasi pada rekor 38 gigahertz, meskipun simulasi mereka menunjukkan itu bisa mampu beroperasi pada 110 gigahertz yang membingungkan. Dalam komputasi, itu diterjemahkan menjadi kecepatan prosesor secepat kilat.

Ini juga sangat berguna dalam aplikasi nirkabel. Transistor dapat mengirimkan data atau mentransfer daya secara nirkabel, kemampuan yang dapat membuka kunci kemajuan dalam berbagai aplikasi mulai dari elektronik yang dapat dipakai hingga sensor.

Tim ini menerbitkan rincian kemajuan 20 April di jurnal Scientific Reports.

Metode fabrikasi nano buatan peneliti meningkatkan pendekatan litograf konvensional — yang menggunakan cahaya dan bahan kimia untuk pola transistor fleksibel — mengatasi keterbatasan seperti difraksi cahaya, ketidaktepatan yang mengarah ke sirkuit pendek dari kontak yang berbeda, dan kebutuhan untuk mengarang sirkuit dalam beberapa pass.

Menggunakan proses suhu rendah, Ma, Seo dan rekan mereka memola sirkuit pada transistor fleksibel mereka — silikon kristal tunggal yang pada dasarnya ditempatkan pada substrat polyethylene terephthalate (lebih dikenal sebagai PET) —menggambar proses sederhana yang berbiaya rendah yang disebut nanoimprint litografi.

Dalam metode yang disebut doping selektif, para peneliti memperkenalkan kotoran ke bahan-bahan di lokasi yang tepat untuk meningkatkan sifat mereka-dalam hal ini, konduktivitas listrik. Tapi kadang-kadang dopan menyatu ke area material yang seharusnya tidak, menyebabkan apa yang dikenal sebagai efek saluran pendek. Namun, para peneliti UW-Madison mengambil pendekatan yang tidak konvensional: Mereka menyelimuti silikon kristal tunggal mereka dengan dopan, daripada memilihnya secara selektif.

Kemudian, mereka menambahkan bahan peka cahaya, atau lapisan photoresist, dan menggunakan teknik yang disebut litografi elektron-balok — yang menggunakan sinar elektron terfokus untuk menciptakan bentuk sesempit lebar 10 nanometer — pada fotoresis untuk menciptakan cetakan yang dapat digunakan kembali. pola nano yang mereka inginkan. Mereka menerapkan cetakan ke membran silikon yang sangat fleksibel untuk menciptakan pola photoresist. Kemudian mereka selesai dengan proses etsa kering — pada dasarnya, pisau berskala nano — yang memotong parit skala nanometer yang tepat dalam silikon mengikuti pola dalam cetakan, dan menambahkan gerbang lebar, yang berfungsi sebagai saklar, di atas parit.

Dengan pola aliran arus tiga dimensi yang unik, transistor berkinerja tinggi mengkonsumsi lebih sedikit energi dan beroperasi lebih efisien. Dan karena metode peneliti memungkinkan mereka untuk mengiris parit yang lebih sempit daripada proses fabrikasi konvensional, itu juga dapat memungkinkan produsen semikonduktor memeras lebih banyak transistor ke perangkat elektronik.

Pada akhirnya, kata Ma, karena cetakan dapat digunakan kembali, metode ini dapat dengan mudah skala untuk digunakan dalam teknologi yang disebut proses roll-to-roll (pikirkan rolling pin raksasa, bermotif yang bergerak melintasi lembaran plastik seukuran meja), dan itu akan memungkinkan produsen semikonduktor untuk mengulang pola mereka dan membuat banyak perangkat secara massal pada gulungan plastik fleksibel.

"Litografi Nanoimprint membahas aplikasi masa depan untuk elektronik fleksibel, " kata Ma, yang karyanya didukung oleh Kantor Penelitian Ilmiah Angkatan Udara. "Kami tidak ingin menjadikan mereka seperti yang dilakukan industri semikonduktor sekarang. Langkah kami, yang paling penting untuk pencetakan roll-to-roll, sudah siap."

menu
menu