Technologická novinka: Křemíkové čipy, které se dají ohýbat

Křemíkové čipy jsou za normálních okolností velmi křehké. Díky nové technologii se však dokáží průžně ohýbat i přehýbat, čímž vytvářejí cestu pro novou generaci flexibilních zařízení a budou moci být implantovány i do lidského těla. Přečtěte si o těchto čipech více.

Následující text vám přinášíme ve spolupráci s webem IT News:

Kremíkové čipy, ktoré sú za normálnych okolností krehké, sa dokážu ohýbať a prehýbať, čím vytvárajú cestu pre novú generáciu flexibilných elektronických zariadení.

Pružné obvody by sa dali použiť na vytvorenie mozgových implantátov, zariadení monitorujúcich zdravie pacienta alebo inteligentného oblečenia.

Zložité zariadenia sa skladajú zo záhybov ultratenkého kremíka, podobných harmonike, v ktorých je kremík obalený vrstvami gumy. Výkonnosť čipu je porovnateľná s bežnou elektronikou.

„Kremíková mikroelektronika je výnimočne úspešná technológia, ktorá sa dotkla takmer každej časti našich životov,“ povedal prof. John Rogers z Illinoiskej univerzity, jeden z autorov výskumu. Povedal takisto, že pevný a krehký kremík ju robí nezaujímavou pre mnohé oblasti, napríklad pre oblasť biomedicínskych implantátov. „V mnohých prípadoch by ste radi nejakým spôsobom implantovali takýto čip do tela. Ľudské telo však nemá tvar kremíkovej doštičky.“

Profesor Zhenqiang Ma z University of Wisconsin-Madison, ktorý sa tiež zaoberá výskumom ohybných kremíkových obvodov, povedal, že objav je „dôležitým krokom“. „Už mnoho rokov sa uvažuje o dokonale ohybných a integrovaných obvodoch, doteraz sa ich však nikomu nepodarilo zhotoviť,“ povedal. „Toto je prvýkrát.“

Zhotovené čipy vychádzajú z predchádzajúcej práce Rogersovho laboratória. V roku 2005 prezentovali vedci naťahovaciu formu jednokryštálového kremíka. „Išlo o veľmi tenké prúžky kremíka, obalené gumou,“ povedal Rogers.

Na mikroskopickej úrovni mali tieto prúžky vlnitú štruktúru, ktorá sa správala ako harmonika, čo umožňovalo naťahovanie v jednom smere. „Kremík je stále pevný a krehký, ale v tejto harmonikovej geometrii a obalený gumou vytvára štruktúru, ktorá sa dá natiahnuť,“ povedal Rogers. Pomocou tohto materiálu mohli vedci predviesť jednotlivé komponenty obvodu, napríklad tranzistor.

Nová práca spočíva vo vytvorení kompletného kremíkového čipu, známeho ako integrovaný obvod, ktorý sa bude dať naťahovať v dvoch smeroch a zložitejším spôsobom. „V snahe o dosiahnutie tohto cieľa sme museli vytvoriť celý obvod vo veľmi tenkom formáte,“ vysvetlil Rogers.

Tím vedcov vyvinul metódu, ktorá dokáže vyrobiť čipy tenké len jeden a pol mikróna (milióntina metra), čo je niekoľko stonásobne menej, ako je hrúbka bežných integrovaných obvodov. „Tenkosť obvodu prináša ohybnosť väčšiu, akú dosiahol ktokoľvek v tejto oblasti v minulosti,“ povedal Rogers.

Tenké sériové obvody, napríklad bežné čipy, sú tvorené vrstvami viacerých materiálov, ktoré vytvárajú vedenie a rôzne komponenty. Hĺbka a relatívna pozícia rôznych vrstiev, napríklad chrómu, zlata alebo kremíka, sú kľúčové.

„Tenkosť materiálov musíte dosiahnuť pomocou vloženia neutrálnej mechanickej plochy, ktorá sa prekrýva s najkrehkejším materiálom,“ vysvetlil Rogers. Neutrálna mechanická plocha je vrstva materiálu, v ktorej je nulové napätie. V homogénnych materiáloch sa nachádza v strede, kde je pri ohýbaní rovnaký tlak a ťah. To je miesto, kam sa podľa Rogersa bežne umiestňuje vrstva kremíka, ktorý je najkrehkejší. „Ak umiestnite váš obvod na toto miesto, môžete vaše zariadenie jemne ohnúť a obvod nepocíti žiadne napätie,“ povedal.

Na vytvorenie skladacích čipov sú vrstvy vsadené do polymérového substrátu, ktorý je bezpečne zaistený do kremíkového základu. Následne sa kremíkový základ odstráni a odhalí zvyšky sústavy obvodov v plaste.

Čip sa potom vloží do kúska pripravenej napnutej gumy. Ak napätie povolí, guma sa vráti do svojho pôvodného tvaru, čo spôsobí ohnutie obvodov na povrchu čipu. „Vedie to k vlnitej geometrii, ktorá dovoľuje celému systému obvodov naťahovať sa v ľubovoľnom smere,“ povedal Rogers.

V porovnaní s počítačovými čipmi sú hotové „ohýbateľné“ čipy stále relatívne primitívne, vzhľadom na ich veľkosť sú však podľa Rogersa veľkým prísľubom. Na vývoji flexibilnej elektroniky pracuje v súčasnosti viacero spoločností a výskumníkov. Jeden z prístupov sa snaží o vytvorenie tzv. organickej elektroniky, známej aj ako plastová elektronika. Zariadenia sú tvorené organickými polymérmi a sú zabudované v displejoch na princípe „elektronického papiera“. Sú však relatívne pomalé, a preto je oblasť ich využitia obmedzená.

Nenechte si ujít: Přinesou memristory revoluci v elektronice? Nanotechnologie zvýší výkon procesorů stonásobně! Další krok ve vývoji zobrazovacích zařízení - kontaktní čočky s čipem Nový objev v oblasti nanotechnologie - vědci vyvinuli nejčernější materiál Nanotechnologie pronikají i do displejů

Nová práca ponúka alternatívu. „Existuje množstvo oblastí využitia,“ povedal prof. Ma. Jeho vlastný výskum sa zameral na využitie technológie v letectva, napríklad pri vytváraní malých antén alebo strážnych zariadení s dosahom 360 stupňov so zabudovaným čipom v trupe lietadla. „V niektorých oblastiach môže byť riešenie pomocou stlačiteľných a ohýbateľných obvodov jediné vhodné,“ povedal.

Prof. Rogers a jeho kolegovia sa zameriavajú na použitie čipov v medicíne. Snažia sa napríklad o vytvorenie inteligentnej rukavice pre chirurgov, ktorá by počas operácie merala vitálne znaky pacienta, ako napríklad hladinu kyslíka v jeho krvi, alebo tenkého elektronického zariadenia, ktoré by sa nachádzalo na povrchu mozgu a meralo jeho aktivitu u epileptikov.

Zdroj: IT News, Kremíkové čipy, ktoré sa dajú ohýbať