Многослойный полупроводник открывает путь к созданию эластичной интегрированной электроники

Исследовательская группа из США и Южной Кореи, под общим руководством Университета штата Пенсильвания (PSU), разработала многослойную архитектуру, которая улучшает механическую растяжимость и подавляет образование и распространение микротрещин в изначально хрупком полупроводнике n-типа. Об этом сообщает официальный сайт PSU.

Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.

По словам главного исследователя Цуньцзяна Ю, специалиста Центра биомедицинской инженерии Университета штата Пенсильвания, полностью эластичные электронные системы требуют гибкости и растяжимости в каждом компоненте. Ранее исследователи добились этой характеристики в большинстве компонентов, за исключением одного типа полупроводника (так называемого n-типа), который известен своей хрупкостью.

Теперь ученые из PSU, совместно с коллегами из Хьюстонского университета в США, Университета Пусана и Ульсанского национального института науки и технологий (UNIST) в Республике Корея, разработали новый подход к компенсации хрупкого полупроводника, чтобы приблизить отрасль электроники к полностью гибким системам.

«Для такой технологии требуются гибкие эластичные полупроводники – ключевые элементы, необходимые для создания интегральных схем, но эти полупроводники в основном относятся к p-типу», – пояснил Ю, имея в виду полупроводниковый материал, который проводит электричество в основном через положительно заряженные подвижные каналы.

Однако дополнительная интегрированная электроника, оптоэлектроника, устройства с p-n переходом и многие другие компоненты требуют применения полупроводников именно n-типа – которые проводят электричество в основном за счет отрицательно заряженных электронов, а в сочетании с полупроводниками p-типа – способны действовать как переключатель, при котором ток течет в одном направлении. Но полупроводники n-типа, как правило, бывают лишь жесткими, и это ограничивает их использование для создания эластичных транзисторов и интегральных схем.

Чтобы решить эту проблему, исследователи поместили полупроводник n-типа между двумя эластичными материалами, известными как эластомеры (полимеры, способные растягиваться и возвращаться к своей первоначальной форме). «Мы обнаружили, что многослойная архитектура улучшает механическую растяжимость и подавляет образование и распространение микротрещин в изначально хрупком полупроводнике n-типа», – отметил Ю.

Исследовательская группа провела полученный стек через ряд стресс-тестов, и новый материал успешно подтвердил свою стабильность в работе. Кроме того, ученые также применили стек для изготовления эластичных транзисторов и интегрированных электронных систем.

«Эластичные транзисторы сохранили высокую производительность устройства даже при растяжении на 50% в любом направлении. Устройства также продемонстрировали долгосрочную стабильную работу в течение более 100 дней в естественной окружающей среде», – отметил Ю.

Последний фактор весьма важен, потому что многие полупроводники n-типа имеют свойство терять эффективность под воздействием кислорода и влаги. Как выявили исследователи, зажатый между эластомерами полупроводник эффективно изолирован от потенциально разрушительного воздействия внешней среды.

В дальнейшем, по словам Ю, исследовательская группа намерена продолжить работу над улучшением характеристик многослойных полупроводниковых материалов и оптимизацией конфигурации слоев для повышения их стабильности. «Теперь, когда у нас есть эластичный полупроводник n-типа, скоро следует ожидать создания на его основе полностью эластичных интегральных схем», – подчеркнул Цуньцзян Ю.