(Phys.org)—I ricercatori hanno sviluppato un metodo per fabbricare componenti elettronici a base di silicio che possono essere allungati e piegati senza danni, aggirando il problema dell'estrema fragilità che tradizionalmente affrontano i materiali in silicio flessibile ultrasottile.

I ricercatori, guidato da Muhammad Mustafa Hussain presso la King Abdullah University of Science and Technology (KAUST), hanno pubblicato un articolo sull'elettronica pieghevole a base di silicio in un recente numero di Lettere di fisica applicata .

La maggior parte dell'elettronica flessibile sviluppata oggi è basata su materiali polimerici, ma i polimeri hanno proprietà semiconduttive inferiori rispetto al silicio. Anche, a differenza del silicio, la maggior parte dei polimeri non è completamente compatibile con i processi di fabbricazione standard utilizzati nell'odierna industria dei semiconduttori.

Se il silicio può dimostrarsi meccanicamente abbastanza robusto da sopportare l'allungamento e la flessione richiesti dall'elettronica flessibile, potenzialmente offrirebbe un materiale ideale per realizzare elettronica flessibile commerciale su larga scala.

Nel nuovo studio, i ricercatori fanno un passo avanti verso questo obiettivo progettando un dispositivo a base di silicio costituito da "isole" di silicio sfuse interconnesse da sottili, molle in silicone flessibile. Le spesse isole forniscono il supporto meccanico, mentre le molle sottili forniscono flessibilità.

Una delle sfide più grandi è stata quella di progettare le molle in microscala in modo tale da evitare che si aggroviglino tra loro, pur consentendo loro di allungarsi fino a diverse volte la loro lunghezza originale.

Sebbene i ricercatori abbiano considerato forme a spirale e modelli frattali, il miglior design che hanno inventato è stato ispirato dall'imitazione del motivo sferulite-lamellare della natura, un modello che ricorda le linee radianti spesso viste nelle rocce. Gli esperimenti hanno mostrato che questo disegno geometrico ha il vantaggio di distribuire la deformazione indotta dalla flessione su tutta la lunghezza della molla.

A causa delle molle estensibili, il dispositivo finale può essere allungato fino a più di cinque volte la sua area originale. Le molle permettono anche alle isole di piegarsi una sopra l'altra, ottenendo un raggio di curvatura di 130 µm, che è indipendente dallo spessore del dispositivo.

"Per un sistema completamente flessibile ed estensibile, dobbiamo rendere l'elettronica al silicio ad alte prestazioni flessibile ed estensibile, "Ha detto Hussain Phys.org . "Però, nel suo stato normale il silicio è rigido e ingombrante. Per anni, diradando silicio o materiali simili, la comunità scientifica ha reso flessibile il silicio. Adottando vari modelli frattali, è stata raggiunta anche l'elasticità. Però, tale silicio flessibile ultrasottile è fragile, in modo che quando allungato, spesso non riesce a mantenere la sua integrità meccanica. Perciò, il nostro lavoro affronta in modo decisivo tutte queste preoccupazioni mostrando un processo compatibile con CMOS all'avanguardia per ottenere silicio flessibile ed estensibile con sufficiente rigore meccanico".

Poiché i nuovi processi di modellazione sono compatibili con le attuali tecnologie di fabbricazione dei semiconduttori, i ricercatori si aspettano che questo design possa essere applicato direttamente alla fabbricazione di un'ampia gamma di dispositivi flessibili. Le potenziali applicazioni includono l'elettronica indossabile, celle solari che si conformano a superfici curve, display tattili che si piegano come origami, e stacking 3-D di circuiti integrati. Un'altra possibilità sono i componenti elettronici rimovibili, che sono una parte importante dell'elettronica autodistruttiva, dispositivi che possono autodistruggersi quando avvertono che la loro sicurezza è minacciata.

"Stiamo esplorando nuove opportunità applicative per l'elettronica per potenziare l'umanità, " Hussain ha detto. "Il nostro lavoro attuale prevede lo sviluppo di solidi processi realizzabili per nuove applicazioni. A tal proposito, il nostro prossimo obiettivo è sviluppare un gadget computazionale che possa essere allungato e piegato secondo necessità. In futuro prevediamo anche dispositivi elettronici impiantabili che possono essere rimodellati e riconfigurati utilizzando le tecniche sviluppate per rispettare la crescita naturale degli organi del corpo di una persona".

© 2017 Phys.org