Китайские инженеры сделали полноценный гибкий и прозрачный чип. Он основан на дисульфиде молибдена, и плотность элементов в нем выше тысячи на квадратный сантиметр. Микросхема сохраняет работоспособность после многократного сгибания в крутую дугу, что делает ее полезной для электронной одежды и мягких устройств.

Работа опубликована в Nature Electronics.

Разработка гибкой и прозрачной электроники — один из ключевых приоритетов последнего десятилетия. Она пригодится во множестве мест, включая носимые сенсоры, умную одежду, чувствительную искусственную кожу роботов, прозрачные дисплеи и визоры, а также для многого другого.

К созданию мягких микросхем есть несколько подходов. Можно использовать органические полупроводники, например из ионно-проводящей полимерной пленки смогли сделать весь классический набор электронных компонентов. Кроме того, гибкие чипы пробуют конструировать на основе углеродных нанотрубок или оксида цинка.

Ключевой параметр микросхемы — количество электронных компонентов. Одиночный полевой транзистор пропускает ток в зависимости от управляющего сигнала и способен выполнять только простые задачи, например, регулировать громкость звука в наушниках. Но если электронных компонентов несколько и разных, их можно организовать в логическую схему для решения сложных задач, а в центральном процессоре компьютера счет транзисторов идет на миллиарды. Из гибких компонентов ранее удавалось создать только самые простые схемы.

На Ли (Na Li) из Пекинской национальной лаборатории физики конденсированных сред и его коллеги сделали гибким и прозрачным полноценный чип с тысячами полевых транзисторов. Он основан на однослойном дисульфиде молибдена, который нанесен на полиэтиленовую подложку. Монослой получили методом химического осаждения из газовой фазы на сапфире. После этого на полиэтилен нанесли оксид индия-олова, который служил слоем затвора, и оксид алюминия в качестве слоя диэлектрика, затем сверху закрепили монослой дисульфида молибдена. Для формирования транзисторов применили стандартную послойную фотолитографию.

Li et al. / Nature Electronics, 2020

В результате получился чип, который выглядит как прозрачная пленка. Плотность транзисторов в нем достигла полутора тысяч на квадратный сантиметр, из которых правильно работали 97 процентов. Плотность тока составила 35 микроампер на микрон, подвижность носителей заряда — 55 квадратных сантиметров на вольт секунду.

Чтобы продемонстрировать функциональность, инженеры произвели еще один опытный образец с логическими элементами инверсии, И-НЕ, ИЛИ-НЕ и другими, что достаточно для вычислений. Кроме того, чип оказался устойчивым к многократному сгибанию — четырехсантиметровую пластинку можно безбоязненно обернуть вокруг пальца и разогнуть множество раз, электрические свойства нарушатся только если заломить острый угол.