Dehnbares Silizium für die Elektronik der Zukunft?
Auch in künstlichen Muskeln oder für die Verbindung mit biologischem Gewebe soll die Technik zum Einsatz kommen können. Robotern könnte zudem eine Haut mit integrierten Sensoren verpasst werden, so John Rogers, Materialwissenschaft- und Maschinenbau-Professor der US-Universität. Rogers ist auch Forscher am Beckman Institute for Advanced Science and Technology und Mitglied des Frederick Seitz Materials Research Laboratory.
Um dehnbares Silizium herstellen zu können, haben die Forscher mit herkömmlichen Methoden Bauteile mit der Geometrie von ultradünnen Fäden auf Silizium-Wafern gefertigt. Anschließend haben sie spezielle Ätztechniken genutzt, um die Bauteile zu unterhöhlen. Die resultierenden Silizium-Fäden sind 100 Nanometer dick, was etwa einem Tausendstel des Durchmessers eines menschlichen Haares entspricht.
Anschließend wird ein flaches Gummisubstrat gestreckt auf die Siliziumfäden aufgebracht und Letztere damit vom Wafer gehoben. Die Fäden bleiben dabei am Gummi haften. Nachdem diesem die Spannung genommen wird, wellen sich die Fäden in Form gut definierter Wellen.
"Das resultierende System von gewellten integrierten Bausteinen auf Gummi repräsentiert eine neue Form von dehnbarer Hochleistungselektronik" , betont Young Huang, Professor für Mechanik und Produktionstechnik ebenfalls an der University of Illinois. Die Amplitude und Frequenz der Wellen wechseln in einem physikalischen System, das dem Blasebalg-Mechanismus eines Akkordeons entspricht, während das System gestreckt oder komprimiert wird.
Die Forscher haben bereits "gewellte" Dioden und Transistoren gefertigt. Ihre Leistung soll auch nach wiederholtem Strecken und Komprimieren hinter der von starren Silizium-Geschwistern nicht zurückstehen. Die elektrischen Merkmale haben sich auch nach mechanischer Beanspruchung "nicht signifikant" verändert, erklären die Forscher. Neben einzelnen Elementen sollen sich auch komplette Schaltkreis-Folien mit der Technik fertigen lassen.
Abgesehen von den besonderen mechanischen Eigenschaften der welligen Bauteile könnte eine gezielte Verunreinigung des verwendeten Siliziums noch weitere ungewöhnliche Vorteile mit sich bringen, was die Forscher noch ergründen wollen.
Ein Artikel über das dehnbare Silizium – vielleicht geht es ja als "Silicon-on-Rubber" in die Geschichte ein – soll im Wissenschaftsmagazin Science erscheinen. Neben Rogers und Huang zählen auch Dahl-Young Khang und Hanqing Jiang zu den Co-Autoren der Veröffentlichung. Gefördert wird das Projekt sowohl von der "Defense Advanced Research Projects Agency" als auch vom "U.S. Department of Energy".