Un segreto per creare i transistor flessibili a base di silicio più veloci al mondo:un coltello molto piccolo.

Lavorando in collaborazione con i colleghi di tutto il paese, Gli ingegneri dell'Università del Wisconsin-Madison hanno aperto la strada a un metodo unico che potrebbe consentire ai produttori di fabbricare in modo semplice ed economico transistor ad alte prestazioni con funzionalità wireless su enormi rotoli di plastica flessibile.

I ricercatori, guidati da Zhenqiang (Jack) Ma, il Lynn H. Matthias Professor in Ingegneria e Vilas Distinguished Achievement Professor in ingegneria elettrica e informatica, e il ricercatore Jung-Hun Seo, hanno fabbricato un transistor che funziona a un record di 38 gigahertz, anche se le loro simulazioni mostrano che potrebbe essere in grado di funzionare a un incredibile 110 gigahertz. Nell'informatica, che si traduce in velocità del processore fulminee.

È anche molto utile nelle applicazioni wireless. Il transistor può trasmettere dati o trasferire energia in modalità wireless, una capacità che potrebbe sbloccare progressi in tutta una serie di applicazioni che vanno dall'elettronica indossabile ai sensori.

Il team ha pubblicato i dettagli del suo anticipo il 20 aprile sulla rivista Rapporti scientifici .

Il metodo di fabbricazione su scala nanometrica dei ricercatori capovolge gli approcci litografici convenzionali, che utilizzano luce e sostanze chimiche per modellare transistor flessibili, superando limitazioni come la diffrazione della luce, imprecisione che porta a cortocircuiti di contatti diversi, e la necessità di fabbricare i circuiti in più passaggi.

Utilizzando processi a bassa temperatura, mamma, Seo e i suoi colleghi hanno modellato il circuito sul loro transistor flessibile - silicio monocristallino infine posizionato su un substrato di polietilene tereftalato (più comunemente noto come PET) - disegnando su un semplice, processo a basso costo chiamato litografia nanoimprint.

In un metodo chiamato doping selettivo, i ricercatori introducono impurità nei materiali in posizioni precise per migliorarne le proprietà, in questo caso, conduttività elettrica. Ma a volte il drogante si fonde in aree del materiale che non dovrebbe, causando quello che è noto come effetto del canale corto. Però, i ricercatori della UW-Madison hanno adottato un approccio non convenzionale:hanno ricoperto il loro silicio monocristallino con un drogante, piuttosto che doparlo selettivamente.

Quindi, hanno aggiunto un materiale fotosensibile, o strato di fotoresist, e ha utilizzato una tecnica chiamata litografia a fascio di elettroni, che utilizza un raggio focalizzato di elettroni per creare forme strette fino a 10 nanometri di larghezza sul fotoresist per creare uno stampo riutilizzabile dei modelli su scala nanometrica che desideravano. Hanno applicato lo stampo a un ultrasottile, membrana in silicone molto flessibile per creare un modello di fotoresist. Poi hanno finito con un processo di incisione a secco, essenzialmente, un coltello su scala nanometrica, che taglia con precisione, trincee nanometriche nel silicio seguendo i modelli nello stampo, e aggiunse ampi cancelli, che funzionano come interruttori, in cima alle trincee.

Con un unico, schema tridimensionale del flusso di corrente, il transistor ad alte prestazioni consuma meno energia e funziona in modo più efficiente. E poiché il metodo dei ricercatori consente loro di tagliare trincee molto più strette rispetto ai processi di fabbricazione convenzionali, potrebbe anche consentire ai produttori di semiconduttori di spremere un numero ancora maggiore di transistor su un dispositivo elettronico.

In definitiva, dice mamma, perché lo stampo può essere riutilizzato, il metodo potrebbe facilmente scalare per l'uso in una tecnologia chiamata elaborazione roll-to-roll (si pensi a un gigante, mattarello modellato che si muove su fogli di plastica delle dimensioni di un tavolo), e ciò consentirebbe ai produttori di semiconduttori di ripetere il loro modello e fabbricare in serie molti dispositivi su un rotolo di plastica flessibile.

"La litografia Nanoimprint si rivolge alle future applicazioni per l'elettronica flessibile, "dice mamma, il cui lavoro è stato sostenuto dall'Air Force Office of Scientific Research. "Non vogliamo realizzarli come fa ora l'industria dei semiconduttori. Il nostro passo, che è più critico per la stampa roll-to-roll, è pronto."