諾斯大學的研究人員開發了一種新型的可拉伸硅集成電路,這種電路可以緊貼球體、人體表面和機翼等復雜形狀,將其包裹起來,并且在拉伸、壓縮、折疊和其他極端機械變形情況下電路也可工作,其電學性能不會下降.

他們認為,在那些基于晶圓的傳統系統無法使用的場合,這種電路會有大量的應用空間,例如將電子器件和傳感器集成到人體中.

該小組稱,這種復雜器件由邦定到橡膠片的超薄硅組成,已經展示出與傳統電子器件類似的性能.

“由于硅本身的脆性和剛性,有些人認為這些應用無法采用硅材料,也就將其擯棄在視野之外,”JohnRogers這樣表示,他是伊利諾斯大學材料科學與工程學科的發起教授之一.

Rogers和他的同事已經制備了厚度只有1.5微米的柔性硅和塑性電路.

“通過對電路版圖機械布局和結構排布的仔細優化,我們可以在集成電路中使用可完全折疊和拉伸的硅,”Rogers這樣介紹,他作為合作者的一篇論文已被《科學》雜志接收,并已刊登在科學快車(ScienceExpress)網站上.

該論文概述了幾種柔性系統的設計和制造策略,包括用于人體健康監測和治療的可穿戴系統,或者可以卷繞在機翼和機身上,用于監控部件結構性能的系統.

在伊利諾斯大學香檳分校的這個團隊還與西北大學和新加坡高性能計算研究所的研究人員進行合作,共同研究這一概念.

為了獲得可完全拉伸的集成電路,研究人員首先在剛性載體基板上覆蓋一層高分子犧牲層.他們在犧牲層上沉積非常薄的塑性涂層,這一涂層最終將支持集成電路. 

之后采用傳統的平面器件技術制作電路元件,并且采用印刷方法集成對準的單晶硅納米條帶陣列作為半導體材料之后,洗去高分子犧牲層,這樣塑性涂層和集成電路就鍵和到一片預先加載應變的硅橡膠上.最后,釋放應變,橡膠會彈回到起始狀態,也就完成了對電路層的拉應力加載.

研究人員制備出由晶體管、振蕩器、邏輯門和放大器組成的IC.該電路顯示出極高的可彎曲和可拉伸性能.與制造在傳統硅晶圓上類似的電路相比,可拉伸電路顯示出相似的電性能.

該應力同時也會引起復雜的皺褶圖形,這樣的幾何形狀允許將電路在不同方向上進行折疊或者拉伸操作,因而可形成復雜的形狀,或在使用時緊貼其他表面發生機械形變.