Circuitele extensibile intrinsec nou dezvoltate sunt de mii de ori mai rapide decât cele vechi. Acestea posedă de 20 de ori mai mulți tranzistori decât electronicele anterioare extensibile intrinsec. Cercetătorii de la Universitatea Stanford care au dezvoltat circuitele au demonstrat deja utilizarea lor. Aceasta a fost facuta într-o matrice de senzori de citire Braille asemănătoare pielii.
Electronicele flexibile
În general, electronicele flexibile au potențial pentru orice aplicație care necesită interacțiuni cu materiale moi. Acestea ar fi dispozitivele purtate sau implantate în corp. Aceste aplicații ar putea include computere pe piele, robotică soft și interfețe creier-mașină.
Electronicele convenționale
Cu toate acestea, electronicele convenționale sunt fabricate din materiale rigide precum siliciul și metalul. Plasarea componentelor electronice pe folii de plastic le poate face suficient de flexibile pentru a se îndoi. Cu toate acestea, măsura în care se pot întinde este de obicei de aproximativ 1% din dimensiunea lor normală.
Cercetările anterioare au explorat modul de a crea electronice din materiale intrinsec extensibile, cum ar fi nanotuburi de carbon și nanofire de argint. Dar până acum electronicele extensibile au arătat performanțe proaste.
Bao și colegii ei au dezvoltat acum tranzistori și circuite extensibile intrinsec care au stabilit mai multe recorduri noi. Ei și-au publicat concluziile pe 13 martie în revista Nature.
„Matricele de senzori extensibile pot fi încorporate în membrele protetice și dispozitivele ortopedice pentru a oferi feedback cu privire la distribuția presiunii, activitatea musculară și mișcările articulațiilor.” —Zhenan Bao, Universitatea Stanford
Noile dispozitive dispun de canale semiconductoare de nanotuburi de carbon de înaltă puritate. Contin electrozi metalici de nanotuburi de carbon acoperiți cu paladiu și interconexiuni din aliaj de galiu-indiu extensibile de înaltă conductivitate. Un obiectiv major al designului a fost reducerea factorilor cum ar fi capacitatea parazită și rezistența de interconectare.
Cercetătorii au fabricat un circuit integrat de aproximativ 28 de milimetri pătrați care are 1.056 de tranzistori, 528 de porți logice și o viteză de operare de peste 1 megahertz. Electronicele anterioare, extensibile intrinsec, erau în cel mai bun caz capabile de 54 de tranzistori și 14 porți logice pe circuit și viteze de funcționare de numai 330 de herți.
Noile tranzistoare extensibile au demonstrat o mobilitate cu efect de câmp – viteza la care curge sarcina într-un dispozitiv. Aceasta ajută la controlul vitezei de comutare a tranzistorului – de peste 20 de centimetri pătrați pe volt pe secundă, în medie, chiar și atunci când sunt întinse la două ori mai mari decât acestea.
Tranzistoarele
Tranzistoarele au afișat, de asemenea, un curent de antrenare – care influențează și viteza de comutare a tranzistorului. Acesta fiind de aproximativ 2 miliamperi pe micron, având în vedere o tensiune de alimentare de 5 volți. Acesta este de peste 40 de ori mai bun decât dispozitivele extensibile anterioare. Una peste alta, acești noi tranzistori funcționează aproximativ la fel de bine ca tranzistorii flexibili de ultimă generație.
Pentru a demonstra o aplicație practică pentru noua electronică, cercetătorii au construit o matrice de senzori tactili de 8 milimetri pătrați care ar putea să se lipească de un deget uman și să citească scrisul Braille. Pixelii matricei sunt fiecare de doar 200 de microni lățime și aranjați într-o grilă de 10 pe 20 de pixeli.
Cu alte cuvinte, matricea are 2.500 de senzori pe centimetru pătrat, ceea ce este de peste 10 ori densitatea receptorilor mecanici ai vârfului degetului uman.
Noua electronică
Noua electronică ar putea ajuta, de asemenea, să conducă o matrice LED cu o rată de reîmprospătare de peste 60 Hz, ceea ce este tipic pentru un computer sau un ecran de televizor. Chiar și atunci când este răsucită sau întinsă, matricea de tranzistori poate afișa în continuare numere, litere și simboluri.
O posibilă aplicație care ar permite acest lucru este afișajele extensibile pentru dispozitivele portabile care „se pot conforma contururilor corpului, oferind utilizatorilor informații și notificări în timp real, menținând în același timp confortul fără a restrânge viața de zi cu zi”, spune Bao.
Noile circuite sunt realizate cu materiale și procese care pot funcționa cu metodele de fabricație existente. Bao observă că producătorii din industrie nu pot realiza noile circuite fără o reglare fină suplimentară a proceselor lor de fabricație, dar instrumentele sunt deja la locul lor.
O direcție viitoare pentru cercetare este găsirea unor modalități mai bune de ambalare a electronicelor. Acest lucru va ajuta la o funcționare stabilă și o viață lungă, spune Bao.