(Phys.org) —Los investigadores han desarrollado un método para fabricar componentes electrónicos basados ​​en silicio que se pueden estirar y doblar sin dañarlos. eludiendo el problema de la extrema fragilidad al que tradicionalmente se enfrentan los materiales de silicio flexible ultradelgados.

Los investigadores, dirigido por Muhammad Mustafa Hussain en la Universidad de Ciencia y Tecnología Rey Abdullah (KAUST), han publicado un artículo sobre la electrónica plegable basada en silicio en un número reciente de Letras de física aplicada .

La mayor parte de la electrónica flexible que se desarrolla en la actualidad se basa en materiales poliméricos, pero los polímeros tienen propiedades semiconductoras inferiores en comparación con el silicio. También, a diferencia del silicio, la mayoría de los polímeros no son totalmente compatibles con los procesos de fabricación estándar que se utilizan en la industria de semiconductores actual.

Si el silicio puede demostrar ser lo suficientemente robusto mecánicamente para soportar el estiramiento y la flexión requeridos por la electrónica flexible, potencialmente ofrecería un material ideal para realizar productos electrónicos flexibles comerciales a gran escala.

En el nuevo estudio, los investigadores dan un paso hacia este objetivo al diseñar un dispositivo basado en silicio hecho de "islas" de silicio a granel interconectadas por delgadas, resortes de silicona flexibles. Las islas gruesas proporcionan el soporte mecánico, mientras que los resortes delgados proporcionan flexibilidad.

Uno de los mayores desafíos fue diseñar los resortes a microescala de tal manera que se evite que se enreden entre sí. al mismo tiempo que les permite estirarse varias veces su longitud original.

Aunque los investigadores consideraron formas espirales y patrones fractales, el mejor diseño que se les ocurrió se inspiró en la imitación del motivo laminar de esferulita de la naturaleza, un patrón que se asemeja a las líneas radiantes que se ven a menudo en las rocas. Los experimentos demostraron que este diseño geométrico tiene la ventaja de extender la deformación inducida por la flexión a lo largo de toda la longitud del resorte.

Debido a los resortes extensibles, el dispositivo final se puede estirar a más de cinco veces su área original. Los resortes también permiten que las islas se plieguen una encima de la otra, resultando en un radio de curvatura de 130 µm, que es independiente del grosor del dispositivo.

"Para un sistema completamente flexible y estirable, debemos hacer que la electrónica de silicio de alto rendimiento sea flexible y estirable, "Hussain dijo Phys.org . "Sin embargo, en su estado normal, el silicio es rígido y voluminoso. Durante años, diluyendo el silicio o materiales similares, la comunidad científica ha flexibilizado el silicio. Al adoptar varios diseños fractales, también se ha conseguido la capacidad de estiramiento. Sin embargo, tal silicio flexible ultrafino es frágil, para que cuando se estire, a menudo no conserva su integridad mecánica. Por lo tanto, nuestro trabajo aborda de manera decisiva todas estas preocupaciones al mostrar un proceso de vanguardia compatible con CMOS para lograr un silicio flexible y estirable con suficiente rigor mecánico ".

Dado que los nuevos procesos de creación de patrones son compatibles con las tecnologías de fabricación de semiconductores actuales, los investigadores esperan que este diseño pueda aplicarse directamente a la fabricación de una amplia gama de dispositivos flexibles. Las aplicaciones potenciales incluyen dispositivos electrónicos portátiles, células solares que se ajustan a superficies curvas, pantallas táctiles que se pliegan como origami, y apilamiento tridimensional de circuitos integrados. Otra posibilidad son los componentes electrónicos desmontables, que son una parte importante de la electrónica autodestructible, dispositivos que pueden destruirse a sí mismos cuando sienten que su seguridad se ve amenazada.

"Estamos explorando nuevas oportunidades de aplicaciones para la electrónica para empoderar a la humanidad, ", Dijo Hussain." Nuestro trabajo actual implica el desarrollo de procesos robustos de fabricación para nuevas aplicaciones. En ese sentido, Nuestro próximo objetivo es desarrollar un dispositivo computacional que se pueda estirar y plegar según sea necesario. En el futuro, también imaginamos dispositivos electrónicos implantables que se pueden remodelar y reconfigurar utilizando las técnicas desarrolladas para cumplir con el crecimiento natural de los órganos del cuerpo de una persona ".

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