::: reklama@pbprog.kz
::: editor@pbprog.kz
::: webmaster@pbprog.kz
Создана «резиновая» КМОП
Исследователи Инженерного колледжа Грейнджера при Иллинойсском университете объявили о важном достижении в области материаловедения и электронной инженерии: они создали то, что они называют «резиновой КМОП», которая обеспечивает ту же функциональность, что и обычные КМОП-схемы (комплементарные структуры металл-оксид-полупроводник), но изготовлена из совершенно других материалов.
Большим преимуществом эластичной КМОП-технологии является то, что она обеспечивает функциональность обычных КМОП-схем, при этом будучи растяжимой и деформируемой.
КМОП-технология лежит в основе практически всей современной электроники, от смартфонов и ноутбуков до датчиков и дисплеев. Как следует из названия, КМОП-технология основана на использовании жёстких металлов и оксидов, которые легко трескаются при сгибании или растяжении, что приводит к выходу устройства из строя. В течение многих лет исследователи искали эластичные электронные материалы, которые могли бы сохранять работоспособность при деформации, чтобы создать устройства нового поколения, способные двигаться и изгибаться, как биологические ткани.
До сих пор в большинстве случаев обычные полупроводники, такие как кремний, сочетались с растягивающимися подложками, например полимерами. Хотя эти гибридные системы могут выдерживать некоторую деформацию, им не хватает истинной эластичности на уровне материала, поэтому они не подходят для тесной конформной интеграции с мягкими биологическими тканями или динамически деформируемыми поверхностями.
Это ограничение подогрело растущий интерес к новому направлению: эластичной электронике, в которой каждый функциональный компонент — от полупроводника до диэлектрика и межсоединений — изготовлен из эластичных материалов.
Ученые представили полностью растягиваемые комплементарные интегральные схемы, состоящие из эластичных транзисторов n-типа и p-типа. Эти устройства сохраняют стабильные электрические характеристики даже при растяжении до 50%. Более того, цифровые логические элементы, изготовленные из этих компонентов, также надёжно функционируют при больших механических деформациях.
«В резиновой электронике не используются металлы, оксиды и обычные полупроводники, — объяснил Юй, профессор-основатель кафедры электротехники и вычислительной техники Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне. — Это всё ещё транзистор, но он не использует обычные МОП-материалы».
Однако до сих пор попытки создать полноценную КМОП-архитектуру и обеспечить комплементарное поведение в «резиновой» электронике — путём согласованной и скоординированной интеграции «резиновых» транзисторов p-типа и n-типа (то есть как с положительными, так и с отрицательными носителями заряда) — оставались на ранней стадии и приносили очень скромные результаты.
«В этой области в основном используются материалы p-типа, которые переносят положительно заряженные носители заряда, — сказал Юй. — Мы никогда раньше не демонстрировали истинное поведение КМОП-структур в резиновой электронике».
В качестве доказательства концепции исследователи разработали «сенсорную кожу»: тонкий, эластичный электронный слой, который плотно прилегает к коже человека. Разработка открывает путь к применению в медицине и для мониторинга состояния здоровья, где электронные системы должны соответствовать мягким, динамически движущимся тканям.
Юй сказал, что работа его команды в этой области изначально была связана с медицинскими имплантатами, но её результаты выходят далеко за рамки биомедицины.
«Мягкая робототехника и человеко-машинные интерфейсы — это естественные следующие шаги, — сказал он. — Представьте себе перчатку с интегрированными схемами, которая может воспринимать и обрабатывать информацию прямо внутри перчатки».