Ученые из Саудовской Аравии предложили новую методику производства недорогих, но в то же время самых современных CMOS-микросхем. Главным достижением является то, что процесс позволяет создавать на основе кремния гибкие полупрозрачные схемы. Как считают сами исследователи, предложенная ими методика является важным шагом на пути к созданию высокопроизводительных гибких и прозрачных компьютеров.

В последние десятилетия научный мир добился значительного прогресса в области гибкой электроники, у которой сегодня существуют уже десятки новых приложений, к примеру, электронная бумага, гибкие дисплеи и искусственная кожа. Однако большинство упомянутых устройств изготавливаются из органических материалов, в частности, полимеров на основе углерода, нанопроволоки, углеродных нанотрубок, а вовсе не на основе неорганического кремния (несмотря на то, что кремний является основой всей современной электроники). Связано это с тем, что кремний – достаточно хрупкий и жесткий материал, поэтому его нелегко адаптировать для применения в гибких устройствах.

Но органические компоненты не лишены своих проблем. Главной из них является то, что гибкие органические компоненты оказываются гораздо медленнее, нежели их аналоги на основе кремния. Кроме того, они не очень устойчивы к высоким температурам. В отличие от кремниевых компонент, являющихся по большей части трехмерными, многие органические схемы выполняются в виде сплошных пленок. Таким образом,

число транзисторов, помещающихся на одну микросхему, для таких материалов значительно ниже, чем для существующих кремниевых микропроцессоров.

Хотя неорганическая гибкая электроника действительно существует, в своей основе она задействует в основном дорогие материалы, в частности, SOI (Silicon on insulator, т.е. кремний на изоляторе), UTSOI (ultra-thin silicon-on-insulator, ультратонкий кремний на изоляторе) и кремний (111). Да и процессы для изготовления этих материалов нельзя на сегодняшний день назвать простыми и легко масштабируемыми.

Похоже, группа ученых из King Abdullah University of Science and Technology (KAUST, Саудовская Аравия) в своей последней работе преодолела эту фундаментальную проблему, предложив новый метод, преобразующий кремниевые схемы в гибкие и полупрозрачные, сохраняя при этом их электронные свойства.

Также интересно, что разработанная ими методика является сравнительно недорогой, поскольку исследователи применяют наиболее распространенные подложки для полупроводниковой промышленности – объемные пластины монокристаллического кремния (100).

При проектировании схемы ученые создавали полевые транзисторы метал-оксид-полупроводник (metal–oxide–semiconductor field-effect transistor, MOSFET) p-типа, формируя глубокие трещины (менее чем 50 мкм шириной) в диоксиде кремния, игравшем роль активного слоя в цепи. Далее структуры «оснащались» необходимыми выводами при помощи сочетания методов напыления и травления, а также получали соответствующую примесь. По завершении производства с помощью методики травления в структуре формировались каналы, обеспечивающие после отделения структуры от подложки ее прозрачность и гибкость.

В рамках своей работы ученые проверили электронные и механические свойства структуры.

Измерения показали, что ее характеристики намного превосходят параметры ранее представленных гибких схем. Кроме того, они имеют наименьший радиус допустимого изгиба.

Подробные результаты работы ученых опубликованы в журнале Nature Scientific Reports.