Rozšiřitelný křemík

Nový design čipů na bázi křemíku umožňuje jejich mechanické roztažení, aby pokryly velké plochy. Tyto rozšířené čipy, které mohou být tisíckrát větší než originál, by mohly být použity k výrobě levnějších solárních panelů, senzorových sítí a plochých televizorů.

Pěstování chipsů: Výzkumníci postavili čipy (nahoře), které lze rozšířit pro velkoplošné aplikace (dole).

Čipy, které postavili vědci ze Stanfordské univerzity, se skládají z volně plovoucích ostrůvků křemíku obklopených cívkami křemíkového drátu. Každý ostrov může být zpracován tak, aby zahrnoval tranzistory, senzory nebo materiály pro malé solární články. Když jsou rohy čipu nataženy, cívky kolem křemíkových ostrůvků se rozvinou. Jak to dělají, ostrovy, které se začínají téměř navzájem dotýkat, se rozcházejí. Konečným výsledkem je síťová řada křemíkových zařízení.

Vědci zatím prokázali pole, která jsou 50krát větší než původní čip, ale byli omezeni velikostí jejich laboratorního vybavení. Petr Peumans , profesor elektrotechniky na Stanfordu, který vedl práci, říká, že čipy by mohly být vyrobeny tak, aby se tisíckrát nebo dokonce desetitisíckrát rozšířily. Peumansova práce byla představena tento týden na setkání International Electron Devices ve Washingtonu, DC.

Silikonové sítě: Pomocí konvenčních technik zpracování křemíku vytvořili vědci ze Stanfordské univerzity čipy, které se skládají z ostrůvků křemíku obklopených křemíkovými cívkami. Obrázek vlevo nahoře ukazuje jeden takový křemíkový ostrov a obrázek vlevo dole ukazuje celý čip složený z pole těchto ostrůvků. Když jsou rohy čipu vytaženy, cívky se rozvinou a ostrůvky se roztáhnou. Hotová síť je zobrazena vpravo dole. Obrázek vpravo nahoře ukazuje cívky zcela odvinuté.

Práce přebírá koncept integrovaného obvodu, který byl tak úspěšný v mikroelektronice, a přizpůsobuje jej velkoplošným aplikacím, říká Marc Baldo , profesor elektrotechniky na MIT. Polovodičový průmysl vynikal tím, že do daného prostoru umístil více vysoce výkonných tranzistorů, což snížilo náklady na tranzistor v procesu. Mnoho aplikací však vyžaduje větší distribuci tranzistorů a dalších zařízení na bázi křemíku.

Například televizory s plochou obrazovkou potřebují miliony tranzistorů rozmístěných k ovládání každého pixelu. U LCD televizorů bylo možné použít relativně málo výkonné tranzistory, které lze vyrobit nanesením amorfního křemíku na velké kusy skla. Ale příští generace jasnějších, barevnějších a energeticky účinnějších displejů, jako jsou organické LED displeje, vyžaduje mnohem vyšší výkon tranzistorů vytvořených z vysoce kvalitního křemíku, což může být extrémně drahé, takže je nepraktické pokrýt celý displej. to. S Peumansovou metodou by bylo možné použít pouze malé množství vysoce kvalitního křemíku, a tím snížit náklady. A co víc, zařízení jsou již propojena. To je důležitá výhoda oproti některým jiným metodám výroby velkoplošné elektroniky, protože zapojení velkoplošné elektroniky může být velmi drahé, říká Baldo.

Schopnost používat méně křemíku a vytvářet řádná pole předem zapojených křemíkových zařízení by mohla být také užitečná pro výrobu levnějších solárních panelů. V konvenčních solárních panelech je světlo absorbováno, protože celý panel je potažen vysoce kvalitním křemíkem. Nyní řada společností snižuje množství potřebného křemíku tím, že soustředí sluneční světlo na menší křemíkové čipy. Jedna společnost například vyrábí řadu malých čoček, které zaostřují světlo na ještě menší křemíkové solární články. Peumans říká, že jeho metoda nabízí levnější způsob výroby takových polí solárních článků. Začátkem tohoto roku založil společnost s názvem NetCrystal se sídlem v Mountainview, CA, aby vyrobila takové panely, které lze podle jeho očekávání vytvořit za třetinu nákladů dnešních panelů.

Peumans také spolupracuje s Boeing vyvinout senzorové sítě pro letadla. Cílem je distribuovat vysoce výkonné senzory na bázi křemíku mezi vrstvy kompozitních materiálů, které tvoří křídla a další části nových letadel, jako je Boeing 787. Tyto senzory by se použily ke zjištění, zda materiály praskají nebo nepraskají. delaminování. Senzory by mohly zkrátit prostoje při kontrolách a pomoci personálu údržby odhalit problémy dříve, říká Peumans.

Technologie Peumans není prvním pokusem o výrobu velkoplošné elektroniky. Jiné přístupy však mají tendenci vyrábět zařízení, která výrazně zaostávají za výkonem monokrystalického křemíku čipové kvality. Někteří výzkumníci například vyvíjejí levné metody, které využívají komerční tiskové techniky k nanášení anorganických nebo organických polovodičových inkoustů. Ale nejlepší zařízení na bázi anorganického inkoustu fungují asi o řád hůře než monokrystalický křemík, zatímco tranzistory na bázi organického inkoustu jsou tisíckrát horší.

Největší překážkou ve vývoji Peumansova přístupu bylo ukázat, že cívky kolem křemíkových ostrovů by byly dostatečně pevné, aby se nerozbily, když se odvíjejí, ale ukázal způsob, jak ošetřit cívky, aby byly silnější. Dalším krokem je předvedení funkčních zařízení. Již vyvinul prototyp solárních článků a pracuje na partnerstvích pro vývoj dalších aplikací.

skrýt