Các nhà nghiên cứu tại Stanford đã dành gần hai thập kỷ để cố gắng phát triển các mạch tích hợp giống như da có thể kéo dài, gấp lại, uốn cong và xoắn - hoạt động liên tục - và hoạt động trở lại mà không bị lỗi. Các mạch điện này có thể cho ra các sản phẩm có thể đeo và cấy ghép.

Trong một nghiên cứu mới, nhóm mô tả cách họ in các mạch tích hợp có thể co giãn nhưng vẫn bền trên các vật liệu giống như da, cao su, sử dụng cùng một thiết bị được thiết kế để tạo ra chip silicon rắn - một thành tựu có thể thương mại hóa.

Quá trình này, được nêu chi tiết trên tạp chí Science, cho phép các nhà khoa học nghiên cứu hơn 40.000 bóng bán dẫn một cm vuông mạch điện có thể co giãn. Mặc dù điều đó vẫn còn khác xa so với hàng tỷ bóng bán dẫn có thể được đưa vào chip silicon, nhưng nó sẽ đủ để tạo ra các mạch đơn giản cho các cảm biến trên da, quy mô cơ thể và điện tử sinh học có thể cấy ghép với các ứng dụng chưa được tưởng tượng.

Quy trình cũ, chất hóa học mới

Một ưu điểm chính của quy trình Stanford là nó có thể được thực hiện với cùng một thiết bị được sử dụng để sản xuất chip silicon ngày nay. Quy trình, được gọi là quang khắc, sử dụng ánh sáng cực tím (UV) để truyền một mô hình hình học phức tạp, hoạt động điện - một mạch - lên một chất nền rắn, từng lớp một. Đó là một quá trình phủ phức tạp, gồm nhiều bước, tiếp xúc với ánh sáng, hóa chất ăn mòn và rửa sạch để lại mạch điện quan trọng.

Phương pháp này đã hoạt động trong nhiều thập kỷ trong ngành công nghiệp bán dẫn nhưng cho đến nay, các hóa chất được sử dụng để hòa tan và rửa trôi các vật liệu cản sáng cũng rửa trôi các polyme giống như da là nền tảng của các mạch co giãn. Bằng cách phát triển quang hóa học mới hoạt động trên các vật liệu có thể co giãn này, nhóm nghiên cứu đang hướng dẫn các thiết bị sản xuất thử nghiệm thực hiện các thủ thuật mới. Trên thực tế, quy trình Stanford thậm chí còn loại bỏ một số bước cần thiết trong sản xuất silicon. Tất cả tạo nên một kết quả đáng chú ý.

Dày đặc và bền

Nhóm nghiên cứu đã sử dụng quy trình mới để sản xuất các mạch linh hoạt có hiệu suất điện gần như bóng bán dẫn được sử dụng cho màn hình máy tính hiện tại - hữu ích cho các ứng dụng thực tế - sau đó kiểm tra độ bền và hiệu suất vật liệu của chúng. Kéo dài các mạch để tăng gấp đôi kích thước ban đầu của chúng, cả song song và vuông góc với hướng mạch, các vật liệu mới được in không có vết nứt, tách lớp hoặc quan trọng nhất là suy giảm chức năng. Về mặt điện, các bóng bán dẫn vẫn ổn định, ngay cả sau 1.000 lần kéo căng lặp lại.

ctngoc