Нови метод за израду флексибилне електронике - Универзитет у Глазгову

 

Slika 1: Šematski prikaz koraka uključenih u proces direktnog štampanja u rolni sa odgovarajućim optičkim i SEM slikama. a) Korak izrade Si NR-a izveden na donorskoj podlozi sa n+ selektivnim dopiranjem, nakon čega je otpušteno NR-e iz sloja z oksida (Box) kako je prikazano na slici SEM poprečnog presjeka (skala, 10 μm). b) Uobičajeni koraci štampanja prenosom koristeći elastomernu podlogu (PDMS) sa optičkom slikom svakog koraka (skala skale, 25 μm). c) Direktno rolno štampanje NR od osnove do polustvrdnute PI podloge (skala, 25 μm). d) Uobičajeni koraci obrade mikroproizvodnje ka konačnom NRFET uređaju (tj. dielektrično taloženje na sobnoj temperaturi, metalizacija itd. (skala, 100 μm)). Kredit: DOI: 10.1038/s41528-021-00116-v

Novi metod za proizvodnju elektronike koji štampa silicijum visokih performansi direktno na fleksibilne materijale mogao bi dovesti do otkrića u tehnologijama uključujući protetiku, vrhunsku elektroniku i potpuno savitljive digitalne ekrane.

U novom članku objavljenom u časopisu npj Flekible Electronics , inženjeri iz grupe Bendable Electronics and Sensing Technologies (BEST) Univerziteta u Glazgovu opisuju kako su pojednostavili i poboljšali konvencionalni proces stvaranja fleksibilne elektronike velikih površina.

Do sada je najnaprednija fleksibilna elektronika uglavnom bila proizvedena procesom koji se zove transfer štampanje , trostepeni proces žigosanja, nalik na primanje pečata sa mastilom u pasoš prilikom posete drugoj zemlji. 

Prvo, poluprovodna nanostruktura na bazi silicijuma je projektovana i uzgajana na površini poznatoj kao podloga. U drugoj fazi, nanostruktura se uzima sa podloge mekim polimernim žigom. U poslednjoj fazi, nanostruktura se prenosi sa pečata na drugu fleksibilnu podlogu, spremnu za upotrebu u savitljivim uređajima poput medicinskih monitora, meke robotike i savitljivih ekrana.

Međutim, proces štampanja prenosom ima niz ograničenja zbog kojih je bilo teško stvoriti opsežnije, složenije i fleksibilne uređaje. Precizna kontrola kritičnih promenljivih, poput brzine prenosa, adhezije i orijentacije nanostrukture, otežava mogućnost da je svaki pečat identičan od prvog do poslednjeg.

Slično tome kao kad loše overen pasoš može da oteža identifikaciju putnika, nepotpun ili pogrešno poravnati polimerni pečat na završnoj podlozi može dovesti do nekvalitetnih elektronskih performansi ili čak sprečiti rad uređaja.

Iako su takvi procesi razvijeni sa ciljem da bi prenos žigosanja bio efikasniji, često zahtevaju angažovanje dodatne opreme poput lasera i magneta, čime se dodatno uvećavaju troškovi proizvodnje.

Tim iz Glazgova pristupio je celoj problematici drugačije, jer je potpuno uklonio drugu fazu prenosa konvencionalnog procesa štampanja. Umesto štampe nanostrukture na mekani polimer pre prenosa na završnu podlogu, njihov novi proces, koji oni nazivaju „direktnim prenosom u rolni“, štampaju silicijum direktno na fleksibilnu površinu.

Proces započinje proizvodnjom tanke silicijumske nanostrukture manje od 100 nanometara. Zatim je podloga za prijem-fleksibilan materijal od plastičnih folija visokih performansi nazvan poliimid-prekrivena ultratankim slojem hemikalija radi poboljšanja prianjanja. 

Pripremljena podloga je obmotana oko metalne cevi, a kompjuterski upravljana mašina koju je razvio tim zatim prevrće cev preko silikonske pločice, prenoseći je na fleksibilni materijal.

Pažljivo optimizujući proces, tim je uspeo da stvori visoko uniformne otiske na površini od oko 10 kvadratnih centimetara, sa oko 95% uspeštnosti prenosa, koji je znatno veći od većine konvencionalnih štamparskih procesa na nanometarskoj skali.

Profesor Ravinder Dahiia je vođa BEST grupe na Tehničkoj školi James Vatt Univerziteta u Glazgovu.

Profesor Dahiia je rekao: "Iako smo koristili kvadratni uzorak silikonskih pločica od 3 cm sa svake strane u procesu koji razmatramo u ovom radu, veličina fleksibilne donatorske podloge jedino je ograničenje veličine silicijumskih pločica koje možemo odštampati. verovatno možemo ubrzati proces i stvoriti vrlo složenu fleksibilnu elektroniku visokih performansi, što otvara vrata mnogim potencijalnim aplikacijama.

"Performanse koje smo videli u laboratorijama na odštampanim tranzistorima koji su na fleksibilnim površinama, bile su slične performansama uporedivih CMOS uređaja - čipova za radnike koji kontrolišu svakodnevnu elektroniku.

"To znači da bi ova vrsta fleksibilne elektronike mogla biti dovoljno sofisticirana da integriše fleksibilne kontrolere u LED nizove, na primer, potencijalno dopuštajući stvaranje samostalnih digitalnih ekrana koji bi mogli da se smotaju kada se ne koriste. Slojevi fleksibilnog materijala rastegljivi protetičarski udovi mogli bi amputiranima da omoguće bolju kontrolu nad protetikom, ili čak integrisati senzore kako bi korisnicima dali osjećaj 'dodira'.

"To je jednostavniji proces koji može proizvesti fleksibilnu elektroniku visokih performansi sa jednako dobrim rezultatima, ako ne i boljim, od konvencionalne elektronike zasnovane na silicijumu. Takođe je potencijalno jeftiniji i efikasniji u korišćenju resursa, jer koristi manje materijala i bolji je za životnu sredinu. , jer proizvodi manje otpada u obliku neupotrebljivih transfera. "