Un secreto para crear los transistores flexibles basados en silicio más rápidos del mundo: un cuchillo muy, muy pequeño.
Trabajando en colaboración con colegas de todo el país, los ingenieros de la Universidad de Wisconsin-Madison han sido pioneros en un método único que podría permitir a los fabricantes fabricar transistores de alto rendimiento de manera fácil y económica con capacidades inalámbricas en enormes rollos de plástico flexible.
Los investigadores, liderados por Zhenqiang Jack Ma, el Profesor Lynn H. Matthias en Ingeniería y el Profesor de Logros Distinguidos Vilas en ingeniería eléctrica e informática, y el científico investigador Jung-Hun Seo, fabricaron un transistor que funciona en un registro38 gigahercios, aunque sus simulaciones muestran que podría ser capaz de operar a unos alucinantes 110 gigahercios. En informática, eso se traduce en velocidades de procesador ultrarrápidas.
También es muy útil en aplicaciones inalámbricas. El transistor puede transmitir datos o transferir energía de forma inalámbrica, una capacidad que podría desbloquear avances en una gran cantidad de aplicaciones que van desde dispositivos electrónicos portátiles hasta sensores.
El equipo publicó detalles de su avance el 20 de abril en la revista Informes científicos .
El método de fabricación a nanoescala de los investigadores altera los enfoques litográficos convencionales, que utilizan luz y productos químicos para diseñar transistores flexibles, superando limitaciones como la difracción de luz, la imprecisión que conduce a cortocircuitos de diferentes contactos y la necesidad de fabricar los circuitos enmúltiples pases
Utilizando procesos de baja temperatura, Ma, Seo y sus colegas diseñaron los circuitos en su transistor flexible: silicio monocristalino finalmente colocado en un sustrato de tereftalato de polietileno más comúnmente conocido como PET, basándose en un simple y bajoproceso de costo llamado litografía de nanoimpresión.
En un método llamado dopaje selectivo, los investigadores introducen impurezas en los materiales en ubicaciones precisas para mejorar sus propiedades, en este caso, la conductividad eléctrica. Pero a veces el dopante se fusiona en áreas del material que no debería, causando lo que se conoce comoel efecto de canal corto. Sin embargo, los investigadores de UW-Madison adoptaron un enfoque poco convencional: cubrieron su silicio cristalino único con un dopante, en lugar de doparlo selectivamente.
Luego, agregaron un material sensible a la luz, o capa fotorresistente, y utilizaron una técnica llamada litografía de haz de electrones, que utiliza un haz enfocado de electrones para crear formas tan estrechas como 10 nanómetros de ancho, en la fotorresistencia para crearun molde reutilizable de los patrones de nanoescala que deseaban. Aplicaron el molde a una membrana de silicio ultradelgada y muy flexible para crear un patrón fotorresistente. Luego terminaron con un proceso de grabado en seco, esencialmente, un cuchillo de nanoescala, que cortó con precisión,trincheras a escala nanométrica en el silicio siguiendo los patrones en el molde, y añadieron puertas anchas, que funcionan como interruptores, encima de las trincheras.
Con un patrón de flujo de corriente tridimensional único, el transistor de alto rendimiento consume menos energía y funciona de manera más eficiente. Y debido a que el método de los investigadores les permite cortar zanjas mucho más estrechas que los procesos de fabricación convencionales, también podría habilitar semiconductoresfabricantes para exprimir una cantidad aún mayor de transistores en un dispositivo electrónico.
En última instancia, dice Ma, debido a que el molde se puede reutilizar, el método podría escalar fácilmente para usarlo en una tecnología llamada procesamiento de rollo a rollo piense en un rodillo gigante con dibujos que se mueve sobre láminas de plástico del tamaño de una mesa, y eso permitiría a los fabricantes de semiconductores repetir su patrón y fabricar en masa muchos dispositivos en un rollo de plástico flexible.
"La litografía de nanoimpresión aborda aplicaciones futuras para electrónica flexible", dice Ma, cuyo trabajo fue respaldado por la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea. "No queremos que sean como la industria de los semiconductores ahora. Nuestro paso, quees más importante para la impresión de rollo a rollo, está listo "
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Materiales proporcionado por Universidad de Wisconsin-Madison . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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