211service.com
Didelio našumo lankstus silicis
Ta pati aukštos kokybės silicio forma, kuri naudojama daugelyje naujų kompiuterių, netrukus gali būti suvyniota ant plastiko lakšto. Viskonsino universiteto Madisono tyrėjai parodė, kad pastaraisiais metais Intel mikroprocesoriuose naudotas didelės spartos silicis, vadinamas įtemptu siliciu, gali būti pakankamai plonas, kad būtų perkeltas į lankstų substratą.
Pasak mokslininkų, galimybė ant kaliųjų medžiagų dėti įtempto silicio tranzistorių lakštus gali lemti aukštos kokybės lanksčius ekranus ir saulės elementus, o galiausiai net patobulintus protezus ar kompiuterizuotus drabužius.
Didžioji dalis lanksčios elektronikos yra pagaminta iš organinių polimerų, kurie, nors ir lankstūs, veikia gana prastai. Taigi mokslininkai antrą kartą pažvelgė į silicį – standartinę elektronikos medžiagą – kaip sukurti lanksčias grandines (žr. Ištempiamas silicis).
Nors silicis dažniausiai yra trapus, pakankamai plonas jis gali sulinkti. Visų pirma, Viskonsino mokslininkai nusprendė sukurti lanksčias įtempto silicio formas – didelio našumo silicio rūšį, kurią neseniai pradėjo komercializuoti „Intel“. Elektronai per įtemptą silicį juda 80 procentų greičiau nei įprastame silicyje, o tranzistoriai įsijungia ir išsijungia iki maždaug 30 procentų greičiau.
Tačiau iki šiol įtemptas silicis buvo per daug stambus – mikrometrų storio – kad lankstytųsi. Viskonsino mokslininkai, vadovaujami Maksas Lagally , medžiagų mokslo profesorius, rado būdą, kaip medžiagą išretinti iki poros šimtų nanometrų, taip pat efektyviai pašalinti ją iš silicio plokštelės, leidžiančią panaudoti lanksčioje ir didelės spartos elektronikoje. (Jų darbas aprašytas naujausiame numeryje Taikomosios fizikos žurnalas .)
Įtemptas silicis paprastai gaminamas naudojant kelis sluoksnius medžiagos, vadinamos silicio germaniu, kurios tarpai tarp atomų yra didesni nei silicio. Kiekvienas silicio germanio sluoksnis yra chemiškai pakeistas, kad palaipsniui tarp atomų būtų daugiau erdvės. Galiausiai ant viršaus nusodinamas plonas silicio sluoksnis. Kai silicio atomai (natūraliai išsidėstę arčiau vienas kito nei silicio germanio atomai) liečiasi su viršutiniu silicio germanio sluoksniu, jie įsitempia, kad su juo susijungtų. Jei įtempsite silicio gardelę, galite pagerinti savo prietaiso elektronų mobilumą ir našumą, sakoma Džonas Rodžersas , medžiagų mokslo profesorius Ilinojaus universitete, Urbanoje.
Tačiau naudojant kelis silicio germanio sluoksnius, prietaisas tampa per storas, kad jį būtų galima sulenkti. Kad įtemptas silicis būtų pakankamai plonas, kad sulenktų, Lagally ir jo komanda pirmiausia pradeda nuo silicio plokštelės su dviem papildomais sluoksniais: silicio oksido sluoksniu ir plonu silicio sluoksniu. Ant plono silicio sluoksnio jie padengia tik vieną silicio germanio sluoksnį, kurio storis yra tik 150 nanometrų. Kadangi silicio sluoksnis žemiau silicio germanio yra fiksuotas, silicio germanio atomai, esantys platesniu atstumu nei silicis, susispaudžia ir susispaudžia, kad atitiktų po juo esantį silicio sluoksnį. Tada mokslininkai ant silicio germanio prideda ploną silicio sluoksnį, sudarydami 250 nanometrų storio sumuštinį.
Šiuo metu, Lagaly paaiškina, silicyje nėra jokios įtampos; yra tik silicio germanio suspaudimas. Siekiant padidinti įtampą, sumuštinis pašalinamas iš silicio plokštelės, išplaunant ją vandenilio fluorido rūgštyje, kuri suryja silicio oksidą – sluoksnį, jungiantį sumuštinį su plokštele. Kai prietaisas yra laisvas, atomų atstumas visuose sluoksniuose šiek tiek pakoreguoja: silicio germanio atomai, anksčiau suspausti, atsipalaiduoja, o silicio atomai, kurie anksčiau turėjo normalų atstumą, sukūrė deformaciją.
Įrenginio išėmimas iš plokštelės ne tik padidina silicio įtampą, bet ir leidžia jį perkelti į kitą medžiagą, sako Lagally. Iš čia prietaisas suspaudžiamas į lanksčią medžiagą, prie kurios prilimpa specialių klijų pagalba.
Sigurdas Vagneris , Prinstono universiteto elektrotechnikos profesorius, teigia, kad šis darbas yra gerai atliktas pavyzdys, kaip aukštos kokybės įrenginius perkelti į žemos kokybės substratą. Pasak jo, svarbu, kad tai įrodo, kad įtemptas silicis išlaiko savo savybes po perkėlimo, o tai nebuvo parodyta anksčiau. Be to, sako Rogersas, šis procesas gali būti taikomas daugumai neorganinių medžiagų – nuo įtempto silicio, naudojamo mikroprocesoriuose, iki galio arsenido tranzistorių šviesos dioduose.
Lagaly tikisi, kad tokio tipo lankstus, greitas silicis per kelerius metus atsidurs komerciniuose gaminiuose, greičiausiai iš pradžių lanksčiose vaizdo gavimo sistemose ir aukštos kokybės ekranuose.