研究人員開(kāi)發(fā)出可折疊、可拉伸的硅電路

伊利諾斯大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā)了一種新型的可拉伸硅集成電路，這種電路可以緊貼球體、人體表面和機(jī)翼等復(fù)雜形狀，將其包裹起來(lái)，并且在拉伸、壓縮、折疊和其他極端機(jī)械變形情況下電路也可工作，其電學(xué)性能不會(huì)下降。

該小組稱(chēng)，這種復(fù)雜器件由邦定到橡膠片的超薄硅組成，已經(jīng)展示出與傳統(tǒng)電子器件類(lèi)似的性能。

他們認(rèn)為，在那些基于晶圓的傳統(tǒng)系統(tǒng)無(wú)法使用的場(chǎng)合，這種電路會(huì)有大量的應(yīng)用空間，例如將電子器件和傳感器集成到人體中。

“由于硅本身的脆性和剛性，有些人認(rèn)為這些應(yīng)用無(wú)法采用硅材料，也就將其擯棄在視野之外，” John Rogers這樣表示，他是伊利諾斯大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)科的發(fā)起教授之一。

Rogers和他的同事已經(jīng)制備了厚度只有1.5微米的柔性硅和塑性電路。

“通過(guò)對(duì)電路版圖機(jī)械布局和結(jié)構(gòu)排布的仔細(xì)優(yōu)化，我們可以在集成電路中使用可完全折疊和拉伸的硅，”Rogers這樣介紹，他作為合作者的一篇論文已被《科學(xué)》雜志接收，并已刊登在科學(xué)快車(chē)（Science Express）網(wǎng)站上。

該論文概述了幾種柔性系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制造策略，包括用于人體健康監(jiān)測(cè)和治療的可穿戴系統(tǒng)，或者可以卷繞在機(jī)翼和機(jī)身上，用于監(jiān)控部件結(jié)構(gòu)性能的系統(tǒng)。

在伊利諾斯大學(xué)香檳分校的這個(gè)團(tuán)隊(duì)還與西北大學(xué)和新加坡高性能計(jì)算研究所的研究人員進(jìn)行合作，共同研究這一概念。

“我們已經(jīng)超越了僅僅分離材料元素和完成單個(gè)器件的階段，目前可以制造的集成電路，可以滿(mǎn)足幾乎任意復(fù)雜程度系統(tǒng)的要求，”Rogers說(shuō)。

為了獲得可完全拉伸的集成電路，研究人員首先在剛性載體基板上覆蓋一層高分子犧牲層。他們?cè)跔奚鼘由铣练e非常薄的塑性涂層，這一涂層最終將支持集成電路。

之后采用傳統(tǒng)的平面器件技術(shù)制作電路元件，并且采用印刷方法集成對(duì)準(zhǔn)的單晶硅納米條帶陣列作為半導(dǎo)體材料

之后，洗去高分子犧牲層，這樣塑性涂層和集成電路就鍵和到一片預(yù)先加載應(yīng)變的硅橡膠上。最后，釋放應(yīng)變，橡膠會(huì)彈回到起始狀態(tài)，也就完成了對(duì)電路層的拉應(yīng)力加載。

該應(yīng)力同時(shí)也會(huì)引起復(fù)雜的皺褶圖形，這樣的幾何形狀允許將電路在不同方向上進(jìn)行折疊或者拉伸操作，因而可形成復(fù)雜的形狀，或在使用時(shí)緊貼其他表面發(fā)生機(jī)械形變。

研究人員制備出由晶體管、振蕩器、邏輯門(mén)和放大器組成的IC。該電路顯示出極高的可彎曲和可拉伸性能。與制造在傳統(tǒng)硅晶圓上類(lèi)似的電路相比，可拉伸電路顯示出相似的電性能。