Forscher entwickeln Bauteile aus dehnbarem einkristallinem Silizium “Welliges” Silizium für dehnbare Schaltkreise - scinexx | Das Wissensmagazin
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Forscher entwickeln Bauteile aus dehnbarem einkristallinem Silizium

“Welliges” Silizium für dehnbare Schaltkreise

Der nächste Schritt in der Mikroelektronik könnten möglicherweise „wellige“, dehnbare Bauteile sein: Wissenschaftler haben jetzt eine voll dehnbare Form eines einkristallinen Siliziums mit wellenartiger Geometrie entwickelt, die eingesetzt werden könnte, um beispielsweise leistungsfähige Elektronik auf Gummioberflächen aufzubringen.

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“Dehnbares Silizium bietet ganz andere Möglichkeiten als die Standard-Silizium-Chips”, erklärt John Rogers, Professor für Materialwissenschaften an der Universität von Illinois in Urbana-Campaign und Koautor eines Artikels in der Zeitschrift Science. Biegsame Bauteile könnten als Sensoren in der Fahrzeugelektronik, in künstlichen Muskeln oder biologischen Geweben aber auch als formbare „Sensorhaut“ von Robotern eingesetzt werden, so der Forscher.

Um das dehnbare Silizium zu erzeugen, produzieren die Forscher zunächst mithilfe der konventionellen Chipproduktionsmethoden ultradünne Siliziumfäden auf einem Wafer. Dann nutzen sie spezielle Ätztechniken, um diese Strukturen von der Waferoberfläche zu lösen. Die resultierenden Fäden sind rund 100 Nanometer dick – tausendfach kleiner als der Durchmesser eines menschlichen Haares.

Im nächsten Schritt platzieren die Forscher ein gedehntes Gummisubstrat über den Fäden. Ziehen sie dieses ab, bleiben die Siliziumfäden daran kleben und heben sich ihrer Waferunterlage ab. Wird nun die Spannung aus dem Gummi herausgenommen, zieht es sich zusammen und mit ihm auch die Siliziumfäden. Sie bilden ein Muster klar definierter Wellen, die den Falten eines Akkordeons ähneln.

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“Das resultierende System von welligen integrierten Bauteilen auf Gummi repräsentiert eine neue Form von dehnbarer, hochleistungsfähiger Elektronik“, erklärt Young Huang, Professor für Mechanik und Ingenieurswissenschaften. „Die Amplitude und Frequenz der Wellen ändert sich in einem physikalischen Mechanismus gleich dem eines Akkordeons, wenn das System gedehnt oder komprimiert wird.“

Als Test produzierten die Wissenschaftler „wellige“ Dioden und Transistoren und verglichen ihre Leistung mit denen traditioneller Bauteile. Die neuen Systeme funktionierten nicht nur genauso gut wie die starren, sie konnten auch mehrfach gedehnt und wieder komprimiert werden, ohne dass ihre elektronischen Eigenschaften darunter litten.

“Diese dehnbaren Siliziumdioden und Transistoren repräsentieren nur zwei der vielen Klassen Welliger Bauteile, die gebildet werden können”, so Rogers. „Neben einzelnen Bauteilen können auch komplette Schaltkreise auf der Basis welliger Geometrie konstruiert werden um sie dehnbar zu machen.”

(University of Illinois at Urbana-Champaign, 19.12.2005 – NPO)

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