211service.com
Expanderbart silikon
En ny design för silikonbaserade chips gör det möjligt att mekaniskt sträcka ut dem för att täcka stora ytor. Dessa utökade chips, som kan vara tusentals gånger så stora som originalet, skulle kunna användas för att göra billigare solpaneler, sensornätverk och plattskärms-TV.
Odla chips: Forskare har byggt chips (överst) som kan byggas ut för stora applikationer (nederst).
Chipsen, byggda av forskare vid Stanford University, består av fritt flytande öar av kisel omgivna av spolar av kiseltråd. Varje ö kan bearbetas för att inkludera transistorer, sensorer eller material för små solceller. När chippets hörn dras på lindas spolarna runt kiselöarna upp. När de gör det sprider sig öarna, som börjar nästan röra varandra. Slutresultatet är en nätliknande samling av silikonenheter.
Hittills har forskarna visat uppsättningar som är 50 gånger större än det ursprungliga chippet, men de har begränsats av storleken på deras laboratorieutrustning. Peter Peumans , professorn i elektroteknik vid Stanford som ledde arbetet, säger att chipsen kunde fås att expandera tusentals eller till och med tiotusentals gånger. Peumans arbete presenterades denna vecka vid International Electron Devices-mötet i Washington, DC.
Silikonnät: Med hjälp av konventionell kiselbearbetningsteknik har forskare vid Stanford University byggt chips som består av öar av kisel omgivna av kiselspolar. Den övre vänstra bilden visar en sådan kiselö, och den nedre vänstra bilden visar hela chipet som består av en rad av dessa öar. När hörnen på chippet dras, lindas spolarna upp och öarna sprids isär. Det färdiga nätverket visas längst ner till höger. Den övre högra bilden visar spolarna helt avlindade.
Arbetet tar det integrerade kretskonceptet som har varit så framgångsrikt inom mikroelektronik och anpassar det till stora applikationer, säger Marc Baldo , professor i elektroteknik vid MIT. Halvledarindustrin har utmärkt sig i att packa in fler högpresterande transistorer i ett givet utrymme, vilket driver ner kostnaden per transistor i processen. Men många applikationer kräver att transistorer och andra kiselbaserade enheter är mer distribuerade.
Till exempel behöver platt-TV-apparater miljontals transistorer utspridda för att kontrollera varje pixel. För LCD-TV har det varit möjligt att använda relativt lågpresterande transistorer, som kan tillverkas genom att avsätta amorft kisel på stora glasbitar. Men nästa generation av ljusare, mer färgstarka och mer energieffektiva skärmar, såsom organiska LED-skärmar, kräver mycket högre prestandatransistorer skapade av högre kvalitet kisel, vilket kan vara extremt dyrt, vilket gör det opraktiskt att belägga en hel skärm med Det. Med Peumans metod skulle det kunna vara möjligt att använda endast en liten mängd högkvalitativt kisel och därmed sänka kostnaderna. Dessutom är enheterna redan kopplade till varandra. Det är en viktig fördel gentemot vissa andra metoder för att tillverka storareaelektronik eftersom att koppla upp storareaelektronik kan vara mycket dyrt, säger Baldo.
Möjligheten att använda mindre kisel, och att bilda ordnade arrayer av förkopplade kiselenheter, kan också vara användbar för att göra billigare solpaneler. I konventionella solpaneler absorberas ljus eftersom hela panelen är belagd med högvärdigt kisel. Nu minskar ett antal företag mängden kisel som behövs genom att koncentrera solljus på mindre kiselchips. Till exempel tillverkar ett företag en rad små linser som fokuserar ljus på ännu mindre kiselsolceller. Peumans säger att hans metod erbjuder ett billigare sätt att tillverka sådana solcellsuppsättningar. Tidigare i år grundade han ett företag som heter NetCrystal, baserat i Mountainview, CA, för att tillverka sådana paneler, som han förväntar sig kan skapas för en tredjedel av kostnaden för dagens paneler.
Peumans arbetar också med Boeing att utveckla sensornätverk för flygplan. Målet är att distribuera högpresterande, kiselbaserade sensorer mellan lager av kompositmaterialen som utgör vingarna och andra delar av nya flygplan, såsom Boeing 787. Dessa sensorer skulle användas för att avgöra om materialen spricker eller delaminering. Sensorerna kan minska stilleståndstiden för inspektioner och hjälpa underhållsbesättningen att upptäcka problem tidigare, säger Peumans.
Peumans teknologi är inte det första försöket att tillverka elektronik med stora ytor. Andra tillvägagångssätt tenderar emellertid att producera anordningar som är avsevärt mindre än prestanda hos enkristallint kisel av chip-grade. Vissa forskare, till exempel, utvecklar billiga metoder som använder kommersiella trycktekniker för att deponera oorganiska eller organiska halvledarbläck. Men de bästa oorganiska bläck-baserade enheterna presterar ungefär en storleksordning sämre än enkristallint kisel, medan organiska bläck-baserade transistorer är tusen gånger sämre.
Det största hindret för att utveckla Peumans tillvägagångssätt var att visa att spolarna runt kiselöarna skulle vara tillräckligt starka för att inte gå sönder när de varva ner, men han visade ett sätt att behandla spolarna för att göra dem starkare. Nästa steg är att demonstrera fungerande enheter. Han har redan utvecklat prototyper av solceller och arbetar på partnerskap för att utveckla andra applikationer.