211service.com
Rozszerzalny krzem
Nowa konstrukcja chipów na bazie krzemu umożliwia ich mechaniczne rozciąganie, aby pokryć duże obszary. Te rozszerzone chipy, które mogą być tysiące razy większe od oryginału, mogą zostać wykorzystane do produkcji tańszych paneli słonecznych, sieci czujników i telewizorów z płaskim ekranem.
Rosnące żetony: Naukowcy zbudowali chipy (u góry), które można rozbudować do zastosowań wielkoobszarowych (u dołu).
Chipy, zbudowane przez naukowców z Uniwersytetu Stanforda, składają się ze swobodnie unoszących się wysp krzemu otoczonych zwojami drutu krzemowego. Każda wyspa może zostać przetworzona tak, aby zawierała tranzystory, czujniki lub materiały do maleńkich ogniw słonecznych. Po pociągnięciu rogów chipa cewki wokół krzemowych wysp rozwijają się. Kiedy to robią, wyspy, które zaczynają się prawie stykać, rozchodzą się. Efektem końcowym jest sieć przypominająca sieć urządzeń krzemowych.
Do tej pory naukowcy zademonstrowali macierze, które są 50 razy większe niż oryginalny chip, ale ich ograniczenia ograniczał rozmiar sprzętu laboratoryjnego. Piotra Peumansa , profesor elektrotechniki w Stanford, który kierował pracami, mówi, że chipy mogą być rozszerzane tysiące, a nawet dziesiątki tysięcy razy. Prace Peumansa zostały zaprezentowane w tym tygodniu na spotkaniu International Electron Devices w Waszyngtonie.
Siatki silikonowe: Wykorzystując konwencjonalne techniki przetwarzania krzemu, naukowcy ze Stanford University zbudowali chipy składające się z wysp krzemowych otoczonych cewkami krzemowymi. Zdjęcie w lewym górnym rogu przedstawia jedną z takich wysp krzemowych, a zdjęcie w lewym dolnym przedstawia cały chip złożony z szeregu tych wysp. Kiedy rogi chipa są ciągnięte, cewki rozwijają się, a wyspy rozchodzą się. Gotowa sieć jest pokazana w prawym dolnym rogu. Obraz w prawym górnym rogu przedstawia cewki całkowicie rozwinięte.
Praca polega na wykorzystaniu koncepcji układu scalonego, która odniosła tak duży sukces w mikroelektronice, i przystosowaniu jej do zastosowań wielkoobszarowych, mówi Marc Baldo , profesor elektrotechniki na MIT. Przemysł półprzewodnikowy spisał się doskonale w pakowaniu większej liczby wysokowydajnych tranzystorów w danej przestrzeni, obniżając w tym procesie koszt jednego tranzystora. Jednak wiele zastosowań wymaga większej dystrybucji tranzystorów i innych urządzeń opartych na krzemie.
Na przykład telewizory z płaskim ekranem potrzebują milionów tranzystorów, aby kontrolować każdy piksel. W przypadku telewizorów LCD można było zastosować tranzystory o stosunkowo niskiej wydajności, które można wytwarzać poprzez osadzanie amorficznego krzemu na dużych kawałkach szkła. Jednak następna generacja jaśniejszych, bardziej kolorowych i bardziej energooszczędnych wyświetlaczy, takich jak organiczne wyświetlacze LED, wymaga znacznie wyższej wydajności tranzystorów wykonanych z krzemu wyższej jakości, co może być niezwykle kosztowne, co sprawia, że niepraktyczne jest pokrywanie całego wyświetlacza to. Dzięki metodzie Peumansa możliwe byłoby użycie tylko niewielkiej ilości wysokiej jakości krzemu, co obniżyłoby koszty. Co więcej, urządzenia są już ze sobą połączone. To ważna zaleta w porównaniu z innymi metodami wytwarzania elektroniki o dużej powierzchni, ponieważ okablowanie elektroniki o dużej powierzchni może być bardzo drogie, mówi Baldo.
Możliwość wykorzystania mniejszej ilości krzemu i tworzenia uporządkowanych układów wstępnie okablowanych urządzeń krzemowych może być również przydatna do wytwarzania tańszych paneli słonecznych. W konwencjonalnych panelach słonecznych światło jest pochłaniane, ponieważ cały panel jest pokryty wysokiej jakości silikonem. Obecnie wiele firm zmniejsza ilość potrzebnego krzemu, koncentrując światło słoneczne na mniejszych chipach krzemowych. Na przykład pewna firma produkuje szereg małych soczewek, które skupiają światło na jeszcze mniejszych krzemowych ogniwach słonecznych. Peumans twierdzi, że jego metoda oferuje tańszy sposób wytwarzania takich zestawów ogniw słonecznych. Na początku tego roku założył firmę o nazwie NetCrystal z siedzibą w Mountainview w Kalifornii, aby produkować takie panele, które, jak się spodziewa, mogą powstać za jedną trzecią kosztów dzisiejszych paneli.
Peumans również współpracuje Boeing opracowanie sieci czujników do samolotów. Celem jest rozmieszczenie wysokowydajnych czujników krzemowych między warstwami materiałów kompozytowych, z których składają się skrzydła i inne części nowych samolotów, takich jak Boeing 787. Czujniki te zostaną wykorzystane do określenia, czy materiały pękają lub rozwarstwianie. Czujniki mogą skrócić czas przestojów na inspekcje i pomóc ekipie konserwacyjnej wcześniej wykryć problemy, mówi Peumans.
Technologia Peumansa nie jest pierwszą próbą stworzenia elektroniki wielkopowierzchniowej. Inne podejścia mają jednak tendencję do wytwarzania urządzeń, które znacznie odbiegają od wydajności monokrystalicznego krzemu klasy chipowej. Niektórzy badacze na przykład opracowują niedrogie metody, które wykorzystują komercyjne techniki drukowania do osadzania nieorganicznych lub organicznych tuszów półprzewodnikowych. Jednak najlepsze nieorganiczne urządzenia na bazie atramentu działają o rząd wielkości gorzej niż krzem monokrystaliczny, podczas gdy tranzystory na bazie atramentu organicznego są tysiąc razy gorsze.
Największą przeszkodą w opracowaniu podejścia Peumansa było wykazanie, że cewki wokół wysp krzemowych będą wystarczająco mocne, aby nie pękły podczas rozwijania, ale zademonstrował sposób na traktowanie cewek, aby były mocniejsze. Następnym krokiem jest zademonstrowanie działających urządzeń. Opracował już prototypowe ogniwa słoneczne i pracuje nad partnerstwami w celu opracowania innych zastosowań.