Med simpel proces, ingeniører fremstiller den hurtigste fleksible siliciumtransistor

En hemmelighed bag at skabe verdens hurtigste siliciumbaserede fleksible transistorer:en meget, meget lille kniv.

Arbejder i samarbejde med kolleger rundt om i landet, University of Wisconsin-Madison ingeniører har været banebrydende for en unik metode, der kunne give producenterne mulighed for nemt og billigt at fremstille højtydende transistorer med trådløse muligheder på enorme ruller af fleksibel plast.

Forskerne - ledet af Zhenqiang (Jack) Ma, Lynn H. Matthias professor i ingeniørvidenskab og Vilas Distinguished Achievement Professor i elektro- og computerteknik, og forsker Jung-Hun Seo - fremstillede en transistor, der opererer med rekordhøje 38 gigahertz, selvom deres simuleringer viser, at det kunne være i stand til at fungere med en forbløffende 110 gigahertz. Inden for databehandling, der oversættes til lynhurtige processorhastigheder.

Det er også meget nyttigt i trådløse applikationer. Transistoren kan transmittere data eller overføre strøm trådløst, en kapacitet, der kunne låse frem fremskridt i en lang række applikationer lige fra bærbar elektronik til sensorer.

Holdet offentliggjorde detaljer om deres fremskridt den 20. april i tidsskriftet Videnskabelige rapporter .

Forskernes fremstillingsmetode i nanoskala forbedrer konventionelle litografiske tilgange - som bruger lys og kemikalier til at mønstre fleksible transistorer - og overvinder sådanne begrænsninger som lysdiffraktion, unøjagtighed, der fører til kortslutninger af forskellige kontakter, og behovet for at fremstille kredsløbet i flere omgange.

Ved hjælp af lavtemperaturprocesser, mor, Seo og deres kolleger mønstrede kredsløbet på deres fleksible transistor - enkeltkrystallinsk silicium til sidst placeret på et polyethylenterephthalat (mere almindeligt kendt som PET)-substrat - ved at tegne på et simpelt, lavprisproces kaldet nanoimprint litografi.

I en metode kaldet selektiv doping, forskere indfører urenheder i materialer på præcise steder for at forbedre deres egenskaber - i dette tilfælde, elektrisk ledningsevne. Men nogle gange smelter dopingmidlet ind i områder af materialet, det ikke burde, forårsager det, der er kendt som den korte kanal-effekt. Imidlertid, UW-Madison-forskerne tog en ukonventionel tilgang:De dækkede deres enkeltkrystallinske silicium med et dopingmiddel, i stedet for selektivt at dope det.

Derefter, de tilføjede et lysfølsomt materiale, eller fotoresistlag, og brugte en teknik kaldet elektronstrålelitografi - som bruger en fokuseret stråle af elektroner til at skabe former så smalle som 10 nanometer brede - på fotoresisten for at skabe en genanvendelig form af de nanoskalamønstre, de ønskede. De påførte formen på en ultratynd, meget fleksibel siliciummembran til at skabe et fotoresistmønster. Derefter afsluttede de med en tørætsningsproces - i det væsentlige, en nanoskala kniv - der skærer præcist, grøfter i nanometerskala i silicium efter mønstrene i formen, og tilføjede brede porte, der fungerer som kontakter, på toppen af ​​skyttegravene.

Med en unik, tredimensionelt strømningsmønster, den højtydende transistor bruger mindre energi og fungerer mere effektivt. Og fordi forskernes metode gør dem i stand til at skære meget smallere skyttegrave, end konventionelle fremstillingsprocesser kan, det kunne også gøre det muligt for halvlederproducenter at presse et endnu større antal transistorer på en elektronisk enhed.

Ultimativt, siger mor, fordi formen kan genbruges, metoden kunne nemt skaleres til brug i en teknologi kaldet roll-to-roll processing (tænk på en kæmpe, mønstret kagerulle, der bevæger sig hen over plastplader på størrelse med en bordplade), og det ville give halvlederproducenter mulighed for at gentage deres mønster og massefremstille mange enheder på en rulle fleksibel plast.

"Nanoimprint litografi adresserer fremtidige applikationer til fleksibel elektronik, " siger mor, hvis arbejde blev støttet af Air Force Office of Scientific Research. "Vi ønsker ikke at gøre dem, som halvlederindustrien gør nu. Vores skridt, som er mest kritisk for rulle-til-rulle-udskrivning, er klar."