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Feuilles de silicium extensible
Le silicium se présente généralement sous forme de copeaux rigides. Mais alors que ces morceaux de semi-conducteurs sont bons dans les ordinateurs et les téléphones portables, ils ne sont pas utiles pour une foule d'autres applications, telles que l'électronique portable et les ordinateurs pliables. Pendant ce temps, les nouveaux types d'électronique à base de polymère sont flexibles mais n'offrent pas les performances du silicium.
Ondes de silicium : Un mince film de silicium a été apposé sur une feuille de caoutchouc pré-étirée. Lorsque la tension sur le caoutchouc est relâchée, le silicium se déforme pour former un motif à chevrons. Une fois le motif initial créé, le silicone et le caoutchouc sont étirés et relâchés horizontalement et verticalement.
Des chercheurs de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign ont récemment montré comment le silicium peut s'étirer dans une dimension, comme un élastique. (Voir Stretchable Silicon .) Maintenant, dans les travaux les plus récents du groupe, les chercheurs ont fabriqué des feuilles de silicium qui peuvent également s'étirer en deux dimensions, ce qui pourrait permettre de mettre de l'électronique sur des sphères et des surfaces aux formes compliquées.
Au cours des dernières années, des efforts ont été déployés dans les laboratoires de recherche et les entreprises pour rendre l'électronique flexible et extensible. Des écrans flexibles, par exemple, sont actuellement disponibles. (Voir Plastic Electronics Head for Market .) Mais ces écrans reposent sur des circuits constitués de polymères organiques, qui n'ont pas la vitesse du silicium, ils ne peuvent donc pas être utilisés pour des tâches de calcul intensif. De plus, l'électronique flexible est limitée dans les formes qu'elle peut prendre. Ils peuvent être roulés et pliés, mais ils ne peuvent pas épouser la forme d'une main, par exemple.
Les nouveaux résultats de l'équipe de l'Illinois, dirigée par John Rogers , professeur de science des matériaux et d'ingénierie, s'appuie sur les recherches antérieures du groupe avec des rubans extensibles unidimensionnels de silicium, dans lesquels ils ont apposé des rubans ultrafins à un morceau de caoutchouc pré-étiré. Lorsque la tension sur le caoutchouc a été relâchée, les rubans de silicone se sont déformés. Par la suite, les rubans pourraient être étirés à nouveau, tirant le silicium tendu. Cependant, ces rubans ne pouvaient s'étirer que dans une dimension. Une feuille d'électronique vraiment conformable doit s'étirer dans deux directions pour pouvoir, par exemple, couvrir une sphère ou un autre objet tridimensionnel.
Multimédia
Regardez une vidéo de la formation des structures ondulées dans un film mince de silicium.
Ainsi, au lieu d'utiliser des rubans de silicium, les chercheurs ont apposé des feuilles de silicium – d'une taille de trois à cinq millimètres carrés et d'une épaisseur de 55 à 320 nanomètres – sur une feuille de caoutchouc étirée. Lorsque l'étirement a été relâché, le silicium s'est déformé pour former des vagues et des zigzags complexes, créant une géométrie de silicium jamais vue auparavant (voir la vidéo multimédia ). Rogers dit que son équipe a été surprise par la géométrie réelle, un motif à chevrons, qui ressemble aux différentes diagonales de la colonne vertébrale du poisson. Essentiellement, les motifs serpentant des vagues permettent aux feuilles de silicium de s'étirer en deux dimensions.
Jusqu'à présent, dit Rogers, son équipe a fabriqué des diodes fonctionnelles à partir de silicium extensible bidimensionnel. Les chercheurs ont fabriqué un ensemble de plots de silicium carrés qui sont connectés les uns aux autres via des rubans de silicium ondulé. Cette conception d'appareil, dit Rogers, pourrait être utilisée dans un gant chirurgical intelligent qui mesurerait la concentration d'hormones ou le pH dans le corps, par exemple.
De plus, l'équipe construit un réseau de photodétecteurs sur le silicium extensible et le place autour d'une sphère pour créer un œil électronique. Une telle application est prévue dans de nombreuses années, dit Rogers, mais si les chercheurs peuvent installer des détecteurs électroniques et photo sur une sphère, les gens peuvent disposer d'un appareil photo beaucoup plus avancé et puissant qui pourrait être utilisé dans les téléphones portables ou par l'armée.