Un secreto para crear los transistores flexibles basados ​​en silicio más rápidos del mundo:un cuchillo muy pequeño.

Trabajando en colaboración con colegas de todo el país, Los ingenieros de la Universidad de Wisconsin-Madison han sido pioneros en un método único que podría permitir a los fabricantes fabricar transistores de alto rendimiento de manera fácil y económica con capacidades inalámbricas en enormes rollos de plástico flexible.

Los investigadores, dirigidos por Zhenqiang (Jack) Ma, el Profesor Lynn H. Matthias en Ingeniería y el Profesor de Logros Distinguidos de Vilas en Ingeniería Eléctrica e Informática, y el científico investigador Jung-Hun Seo:fabricaron un transistor que funciona a una velocidad récord de 38 gigahercios, aunque sus simulaciones muestran que podría ser capaz de operar a la alucinante 110 gigahertz. En informática, que se traduce en velocidades de procesador ultrarrápidas.

También es muy útil en aplicaciones inalámbricas. El transistor puede transmitir datos o transferir energía de forma inalámbrica, una capacidad que podría desbloquear avances en una gran cantidad de aplicaciones que van desde dispositivos electrónicos portátiles hasta sensores.

El equipo publicó detalles de su avance el 20 de abril en la revista. Informes científicos .

El método de fabricación a nanoescala de los investigadores cambia los enfoques litográficos convencionales, que utilizan luz y productos químicos para modelar transistores flexibles, superando limitaciones como la difracción de luz, imprecisión que conduce a cortocircuitos de diferentes contactos, y la necesidad de fabricar los circuitos en múltiples pasadas.

Usando procesos de baja temperatura, Mamá, Seo y sus colegas modelaron los circuitos en su transistor flexible, silicio monocristalino finalmente colocado sobre un sustrato de tereftalato de polietileno (más comúnmente conocido como PET), basándose en un simple, proceso de bajo costo llamado litografía por nanoimpresión.

En un método llamado dopaje selectivo, Los investigadores introducen impurezas en los materiales en ubicaciones precisas para mejorar sus propiedades; en este caso, conductividad eléctrica. Pero a veces el dopante se fusiona con áreas del material que no debería, provocando lo que se conoce como efecto de canal corto. Sin embargo, los investigadores de UW-Madison adoptaron un enfoque poco convencional:cubrieron su silicio monocristalino con un dopante, en lugar de doparlo selectivamente.

Luego, agregaron un material sensible a la luz, o capa fotorresistente, y usó una técnica llamada litografía por haz de electrones, que usa un haz de electrones enfocado para crear formas tan estrechas como 10 nanómetros de ancho, en el fotorresistente para crear un molde reutilizable de los patrones a nanoescala que deseaban. Le aplicaron el molde a un ultrafino, Membrana de silicona muy flexible para crear un patrón fotorresistente. Luego terminaron con un proceso de grabado en seco, esencialmente, un cuchillo a nanoescala, que corta con precisión, trincheras a escala nanométrica en el silicio siguiendo los patrones en el molde, y agregó puertas anchas, que funcionan como interruptores, encima de las trincheras.

Con un patrón de flujo de corriente tridimensional, el transistor de alto rendimiento consume menos energía y funciona de manera más eficiente. Y debido a que el método de los investigadores les permite cortar zanjas mucho más estrechas que los procesos de fabricación convencionales, también podría permitir a los fabricantes de semiconductores colocar un número aún mayor de transistores en un dispositivo electrónico.

Por último, dice mamá, porque el molde se puede reutilizar, el método podría escalar fácilmente para su uso en una tecnología llamada procesamiento de rollo a rollo (piense en un gigante, rodillo estampado que se mueve a través de láminas de plástico del tamaño de una mesa), y eso permitiría a los fabricantes de semiconductores repetir su patrón y fabricar en masa muchos dispositivos en un rollo de plástico flexible.

"La litografía de nanoimpresión aborda las aplicaciones futuras de la electrónica flexible, "dice mamá, cuyo trabajo fue apoyado por la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea. "No queremos hacerlos como lo hace ahora la industria de los semiconductores. Nuestro paso, que es más crítico para la impresión de rollo a rollo, está listo."