211service.com
Uitbreidbaar Silicium
Een nieuw ontwerp voor op silicium gebaseerde chips maakt het mogelijk om ze mechanisch uit te rekken om grote oppervlakken te bestrijken. Deze uitgebreide chips, die duizenden keren groter zouden kunnen zijn dan het origineel, zouden kunnen worden gebruikt om goedkopere zonnepanelen, sensornetwerken en flatscreen-tv's te maken.
Chips kweken: Onderzoekers hebben chips (boven) gebouwd die kunnen worden uitgebreid voor toepassingen met een groot oppervlak (onder).
De chips, gebouwd door onderzoekers van Stanford University, bestaan uit vrij zwevende eilanden van silicium omgeven door spoelen van siliciumdraad. Elk eiland kan worden verwerkt om transistors, sensoren of materialen voor kleine zonnecellen op te nemen. Als er aan de hoeken van de chip wordt getrokken, wikkelen de spoelen rond de siliciumeilanden zich af. Terwijl ze dat doen, spreiden de eilanden, die elkaar bijna raken, uit elkaar. Het eindresultaat is een netachtige reeks siliciumapparaten.
Tot nu toe hebben de onderzoekers arrays aangetoond die 50 keer groter zijn dan de originele chip, maar ze zijn beperkt door de grootte van hun laboratoriumapparatuur. Peter Peumans , de professor in elektrotechniek aan Stanford die het werk leidde, zegt dat de chips kunnen worden gemaakt om duizenden of zelfs tienduizenden keren uit te breiden. Het werk van Peumans werd deze week gepresenteerd op de International Electron Devices-bijeenkomst in Washington, DC.
Siliconen netten: Met behulp van conventionele siliciumverwerkingstechnieken hebben onderzoekers van Stanford University chips gebouwd die bestaan uit eilanden van silicium omringd door siliciumspoelen. De afbeelding linksboven toont zo'n siliciumeiland en de afbeelding linksonder toont de hele chip die is samengesteld uit een reeks van deze eilanden. Wanneer aan de hoeken van de chip wordt getrokken, rollen de spoelen af en spreiden de eilanden zich uit elkaar. Het voltooide netwerk wordt rechtsonder weergegeven. De afbeelding rechtsboven toont de spoelen volledig afgewikkeld.
Het werk is het nemen van het concept van geïntegreerde schakelingen dat zo succesvol is geweest in de micro-elektronica en het aanpassen aan toepassingen met een groot oppervlak, zegt Marc Baldo , een professor in de elektrotechniek aan het MIT. De halfgeleiderindustrie blinkt uit in het inpakken van meer hoogwaardige transistors in een bepaalde ruimte, waardoor de kosten per transistor dalen. Maar veel toepassingen vereisen dat transistors en andere op silicium gebaseerde apparaten meer gedistribueerd zijn.
Flatscreen-tv's hebben bijvoorbeeld miljoenen verspreide transistors nodig om elke pixel te besturen. Voor lcd-tv's is het mogelijk geweest om transistors met relatief lage prestaties te gebruiken, die kunnen worden gemaakt door amorf silicium op grote stukken glas af te zetten. Maar de volgende generatie van helderdere, kleurrijkere en energiezuinigere beeldschermen, zoals organische LED-beeldschermen, vereisen transistors met veel hogere prestaties die zijn gemaakt van hoogwaardig silicium, wat extreem duur kan zijn, waardoor het onpraktisch is om een volledig beeldscherm te bekleden met het. Met de methode van Peumans zou het mogelijk kunnen zijn om slechts een kleine hoeveelheid hoogwaardig silicium te gebruiken, waardoor kosten worden bespaard. Bovendien zijn de apparaten al met elkaar verbonden. Dat is een belangrijk voordeel ten opzichte van sommige andere methoden voor het maken van elektronica voor grote oppervlakken, omdat het bedraden van elektronica voor grote oppervlakken erg duur kan zijn, zegt Baldo.
De mogelijkheid om minder silicium te gebruiken en geordende arrays van voorbedrade siliciumapparaten te vormen, zou ook nuttig kunnen zijn voor het maken van goedkopere zonnepanelen. Bij conventionele zonnepanelen wordt licht geabsorbeerd doordat het gehele paneel is gecoat met hoogwaardig silicium. Nu verminderen een aantal bedrijven de benodigde hoeveelheid silicium door zonlicht te concentreren op kleinere siliciumchips. Een bedrijf maakt bijvoorbeeld een reeks kleine lenzen die het licht op nog kleinere siliciumzonnecellen concentreren. Peumans zegt dat zijn methode een goedkopere manier biedt om dergelijke zonnecel-arrays te maken. Eerder dit jaar richtte hij een bedrijf op met de naam NetCrystal, gevestigd in Mountainview, CA, om dergelijke panelen te maken, waarvan hij verwacht dat ze kunnen worden gemaakt voor een derde van de kosten van de huidige panelen.
Peumans werkt ook samen met Boeing om sensornetwerken voor vliegtuigen te ontwikkelen. Het doel is om hoogwaardige, op silicium gebaseerde sensoren te distribueren tussen lagen van de composietmaterialen die de vleugels vormen en andere delen van nieuwe vliegtuigen, zoals de Boeing 787. Deze sensoren zouden worden gebruikt om te bepalen of de materialen barsten of delamineren. De sensoren kunnen de uitvaltijd voor inspecties verminderen en het onderhoudspersoneel helpen problemen eerder op te sporen, zegt Peumans.
De technologie van Peumans is niet de eerste poging om elektronica voor grote oppervlakken te maken. Andere benaderingen hebben echter de neiging om apparaten te produceren die aanzienlijk achterblijven bij de prestaties van enkelkristallijn silicium van chipkwaliteit. Sommige onderzoekers ontwikkelen bijvoorbeeld goedkope methoden die commerciële druktechnieken gebruiken om anorganische of organische halfgeleiderinkten te deponeren. Maar de beste apparaten op basis van anorganische inkt presteren ongeveer een orde van grootte slechter dan monokristallijn silicium, terwijl transistors op basis van organische inkt duizend keer slechter zijn.
De grootste hindernis bij het ontwikkelen van de benadering van Peumans was om te laten zien dat de spoelen rond de siliciumeilanden sterk genoeg zouden zijn om niet te breken als ze zich afwikkelen, maar hij demonstreerde een manier om de spoelen te behandelen om ze sterker te maken. De volgende stap is het demonstreren van functionerende apparaten. Hij heeft al prototype zonnecellen ontwikkeld en werkt aan samenwerkingsverbanden om andere toepassingen te ontwikkelen.