Giờ đây, các nhà nghiên cứu tại Đại học Stanford đã phát minh ra một kỹ thuật sản xuất bóng bán dẫn nguyên tử mỏng linh hoạt, có chiều dài dưới 100 nanomet - nhỏ hơn nhiều lần so với trước đây. Kỹ thuật này được trình bày chi tiết trong một bài báo xuất bản ngày 17 tháng 6 trên tạp chí Nature Electronics. Các nhà nghiên cứu cho biết, với tiến bộ này, cái gọi là "flextronics" ngày càng tiến gần hơn với thực tế. Các thiết bị điện tử linh hoạt hứa hẹn các mạch máy tính có thể uốn cong, có thể tạo hình nhưng vẫn tiết kiệm năng lượng, có thể được đeo hoặc cấy vào cơ thể con người để thực hiện vô số chức năng liên quan đến sức khỏe. Hơn nữa, “internet vạn vật” sắp ra mắt, hầu hết mọi thiết bị trong cuộc sống đều được tích hợp và kết nối với nhau với các thiết bị điện tử linh hoạt, cũng sẽ được hưởng lợi tương tự từ flextronics. Trong số các vật liệu thích hợp cho thiết bị điện tử linh hoạt, chất bán dẫn hai chiều (2D) là vật liệu có nhiều hứa hẹn vì các đặc tính cơ và điện tuyệt vời của chúng ngay cả ở kích thước nano, khiến chúng trở thành ứng cử viên tốt hơn các vật liệu hữu cơ hoặc silicon thông thường. Thách thức kỹ thuật cho đến nay là việc chế tạo những thiết bị gần như mỏng đến mức không tưởng, đòi hỏi một quá trình sử dụng quá nhiều nhiệt đối với chất nền nhựa linh hoạt. Những vật liệu linh hoạt này sẽ tan chảy đơn giản và phân hủy trong quá trình sản xuất. Theo Eric Pop, giáo sư kỹ thuật điện tại Stanford và Alwin Daus, người đã phát triển kỹ thuật này thì giải pháp là thực hiện theo từng bước, bắt đầu với một chất nền cơ bản là bất cứ loại nào ngoại trừ vật liệu linh hoạt. Phía trên một phiến silicon rắn được phủ thủy tinh, Pop và Daus tạo ra một màng mỏng nguyên tử của chất bán dẫn 2D molypden disulfide (MoS2) được phủ bằng các điện cực vàng nhỏ kiểu nano. Bởi vì bước này được thực hiện trên chất nền silicon thông thường, kích thước bóng bán dẫn tỉ lệ nano được tạo mẫu bằng các kỹ thuật tiên tiến hiện có, nên đạt được độ phân giải cao mà các chất nền nhựa dẻo khác không có được. Kỹ thuật phân lớp, được gọi là lắng đọng hơi hóa học (CVD), phát triển một màng MoS2 từng lớp nguyên tử tại một thời điểm. Màng tạo thành chỉ dày ba nguyên tử, nhưng cần nhiệt độ đạt tới 850 C (hơn 1500 F) để hoạt động. Để so sánh, chất nền dẻo - làm bằng polyimide, một loại nhựa mỏng –biến dạng ở khoảng 360 độ C (680 F), và bị phân hủy hoàn toàn ở nhiệt độ cao hơn. Lần đầu tiên tạo mẫu và tạo hình các bộ phận quan trọng này trên silicon cứng và làm nguội chúng, các nhà nghiên cứu Stanford có thể ứng dụng vật liệu dẻo này mà không bị hư hại. Sau một vài bước chế tạo bổ sung, kết quả là các bóng bán dẫn linh hoạt có hiệu suất cao hơn nhiều lần so với bất kỳ bóng bán dẫn được sản xuất trước đó bằng chất bán dẫn nguyên tử mỏng. Các nhà nghiên cứu cho biết, toàn bộ mạch được chế tạo và chuyển sang vật liệu dẻo, thì một số biến chứng nhất định với các lớp tiếp theo khiến các bước bổ sung này trở nên dễ dàng hơn. Pop, tác giả chính của bài báo cho biết: “Cuối cùng, toàn bộ cấu trúc chỉ dày 5 micron, bao gồm cả polyimide dẻo. "Nó mỏng hơn tóc người khoảng mười lần." Thành tựu kỹ thuật trong việc sản xuất bóng bán dẫn kích thước nano trên vật liệu linh hoạt cũng được mô tả như các thiết bị "hiệu suất cao", đáp ứng yêu cầu tiêu thụ điện năng thấp. Chúng có thể xử lý dòng điện cao áp trong khi hoạt động ở điện áp thấp, mức tiêu thụ điện năng ít hơn. Sắp tới, Daus sẽ nghiên cứu việc tích hợp mạch vô tuyến với các thiết bị, cho phép các biến thể trong tương lai giao tiếp không dây với thế giới bên ngoài — một bước nhảy vọt khác hướng tới khả năng tồn tại của flextronics, đặc biệt là những thiết bị được cấy vào cơ thể người hoặc được tích hợp sâu trong các thiết bị khác kết nối với internet vạn vật.
Nguồn:https://techxplore.com/news/2021-06-technique-flexible-electronics.html?utm_source=TrendMD&utm_medium=cpc&utm_campaign=TechXplore.com_TrendMD_1