Een geheim voor het maken van 's werelds snelste op silicium gebaseerde flexibele transistors:een zeer, heel klein mes.

Samenwerken met collega's in het hele land, Ingenieurs van de University of Wisconsin-Madison hebben een unieke methode ontwikkeld waarmee fabrikanten gemakkelijk en goedkoop hoogwaardige transistors met draadloze mogelijkheden kunnen maken op enorme rollen flexibel plastic.

De onderzoekers - onder leiding van Zhenqiang (Jack) Ma, de Lynn H. Matthias Professor in Engineering en Vilas Distinguished Achievement Professor in elektrische en computertechniek, en onderzoekswetenschapper Jung-Hun Seo - heeft een transistor gefabriceerd die werkt met een record van 38 gigahertz, hoewel hun simulaties aantonen dat het in staat zou kunnen zijn om te werken met een verbijsterende 110 gigahertz. Bij informatica, dat vertaalt zich in razendsnelle processorsnelheden.

Het is ook erg handig in draadloze toepassingen. De transistor kan draadloos gegevens verzenden of stroom overdragen, een mogelijkheid die vooruitgang zou kunnen opleveren in een hele reeks toepassingen, variërend van draagbare elektronica tot sensoren.

Het team publiceerde op 20 april details van zijn voorschot in het tijdschrift Wetenschappelijke rapporten .

De fabricagemethode op nanoschaal van de onderzoekers heft conventionele lithografische benaderingen op - die licht en chemicaliën gebruiken om flexibele transistors te modelleren - en overwint dergelijke beperkingen als lichtdiffractie, onnauwkeurigheid die leidt tot kortsluiting van verschillende contacten, en de noodzaak om de schakelingen in meerdere passages te fabriceren.

Door gebruik te maken van processen bij lage temperatuur, ma, Seo en hun collega's vormden het circuit op hun flexibele transistor - enkelkristallijn silicium dat uiteindelijk op een polyethyleentereftalaat (beter bekend als PET) -substraat werd geplaatst - tekenend op een eenvoudig, goedkoop proces genaamd nanoimprint lithografie.

In een methode genaamd selectieve doping, onderzoekers introduceren onzuiverheden in materialen op precieze locaties om hun eigenschappen te verbeteren - in dit geval elektrische geleiding. Maar soms gaat de doteringsstof over in delen van het materiaal dat het niet zou moeten doen, veroorzaken wat bekend staat als het korte kanaaleffect. Echter, de UW-Madison-onderzoekers kozen voor een onconventionele benadering:ze bedekten hun monokristallijn silicium met een doteringsmiddel, in plaats van het selectief te dopen.

Vervolgens, ze voegden een lichtgevoelig materiaal toe, of fotoresistlaag, en gebruikte een techniek genaamd elektronenstraallithografie - die een gefocusseerde elektronenstraal gebruikt om vormen zo smal als 10 nanometer breed te creëren - op de fotoresist om een ​​herbruikbare mal te maken van de nanoschaalpatronen die ze wilden. Ze brachten de mal aan op een ultradunne, zeer flexibel siliciummembraan om een ​​fotoresistpatroon te creëren. Daarna eindigden ze met een droog-etsproces - in wezen, een mes op nanoschaal - dat precies sneed, groeven op nanometerschaal in het silicium die de patronen in de mal volgen, en brede poorten toegevoegd, die functioneren als schakelaars, bovenop de loopgraven.

Met een unieke, driedimensionaal stroompatroon, de high performance transistor verbruikt minder energie en werkt efficiënter. En omdat de methode van de onderzoekers hen in staat stelt veel smallere greppels te snijden dan conventionele fabricageprocessen kunnen, het zou fabrikanten van halfgeleiders ook in staat kunnen stellen een nog groter aantal transistors op een elektronisch apparaat te persen.

uiteindelijk, zegt mama, omdat de mal kan worden hergebruikt, de methode zou gemakkelijk kunnen worden geschaald voor gebruik in een technologie die roll-to-roll-verwerking wordt genoemd (denk aan een reus, deegroller met patroon die over vellen plastic ter grootte van een tafelblad beweegt), en dat zou halfgeleiderfabrikanten in staat stellen hun patroon te herhalen en veel apparaten in massa te fabriceren op een rol flexibel plastic.

"Nanoimprint-lithografie richt zich op toekomstige toepassingen voor flexibele elektronica, " zegt mama, wiens werk werd ondersteund door het Air Force Office of Scientific Research. "We willen ze niet maken zoals de halfgeleiderindustrie nu doet. Onze stap, wat het meest cruciaal is voor rol-naar-rol afdrukken, is klaar."