211service.com
Udvidbart silicium
Et nyt design til siliciumbaserede chips gør det muligt at strække dem mekanisk ud til at dække store områder. Disse udvidede chips, som kunne være tusindvis af gange større end originalen, kunne bruges til at lave billigere solpaneler, sensornetværk og fladskærms-tv.
Dyrkning af chips: Forskere har bygget chips (øverst), der kan udvides til store applikationer (nederst).
Chipsene, bygget af forskere ved Stanford University, består af fritsvævende øer af silicium omgivet af spoler af siliciumtråd. Hver ø kan behandles til at omfatte transistorer, sensorer eller materialer til små solceller. Når der trækkes i hjørnerne af chippen, vikles spolerne rundt om siliciumøerne af. Mens de gør, spredes øerne, som begynder med næsten at røre hinanden, fra hinanden. Slutresultatet er en netlignende række af siliciumenheder.
Indtil videre har forskerne demonstreret arrays, der er 50 gange større end den originale chip, men de har været begrænset af størrelsen af deres laboratorieudstyr. Peter Peumans , professoren i elektroteknik ved Stanford, der ledede arbejdet, siger, at chipsene kunne udvides tusindvis eller endda titusindvis af gange. Peumans' arbejde blev præsenteret i denne uge på mødet International Electron Devices i Washington, DC.
Silicium net: Ved hjælp af konventionelle siliciumbearbejdningsteknikker har forskere ved Stanford University bygget chips, der består af øer af silicium omgivet af siliciumspoler. Billedet øverst til venstre viser en sådan siliciumø, og billedet nederst til venstre viser hele chippen sammensat af en række af disse øer. Når der trækkes i hjørnerne af chippen, vikles spolerne af, og øerne spredes fra hinanden. Det færdige netværk er vist nederst til højre. Det øverste højre billede viser spolerne helt afviklet.
Arbejdet tager det integrerede kredsløbskoncept, der har været så succesfuldt inden for mikroelektronik, og tilpasser det til store applikationer, siger Marc Baldo , professor i elektroteknik ved MIT. Halvlederindustrien har udmærket sig ved at pakke flere højtydende transistorer ind i et givet rum, hvilket har reduceret prisen pr. transistor i processen. Men mange applikationer kræver, at transistorer og andre siliciumbaserede enheder er mere distribuerede.
For eksempel har fladskærms-tv'er brug for millioner af transistorer spredt ud for at styre hver pixel. Til LCD-tv'er har det været muligt at bruge relativt lavtydende transistorer, som kan fremstilles ved at afsætte amorft silicium på store glasstykker. Men den næste generation af lysere, mere farverige og mere energieffektive skærme, såsom organiske LED-skærme, kræver meget højere ydeevne transistorer lavet af højere kvalitet silicium, hvilket kan være ekstremt dyrt, hvilket gør det upraktisk at belægge en hel skærm med det. Med Peumans' metode kunne det være muligt kun at bruge en lille mængde højkvalitets silicium og derved reducere omkostningerne. Hvad mere er, er enhederne allerede forbundet med hinanden. Det er en vigtig fordel i forhold til nogle andre metoder til fremstilling af elektronik med stort område, da det kan være meget dyrt at tilslutte elektronik med stort område, siger Baldo.
Evnen til at bruge mindre silicium og danne ordnede arrays af forkablede siliciumenheder kan også være nyttig til at lave billigere solpaneler. I konventionelle solpaneler absorberes lyset, fordi hele panelet er belagt med højkvalitets silicium. Nu reducerer en række virksomheder den nødvendige mængde silicium ved at koncentrere sollys på mindre siliciumchips. For eksempel laver en virksomhed en række små linser, der fokuserer lys på endnu mindre siliciumsolceller. Peumans siger, at hans metode tilbyder en billigere måde at lave sådanne solcelle-arrays på. Tidligere i år grundlagde han et firma kaldet NetCrystal, baseret i Mountainview, Californien, for at lave sådanne paneler, som han forventer kan skabes for en tredjedel af prisen på nutidens paneler.
Peumans arbejder også med Boeing at udvikle sensornetværk til flyvemaskiner. Målet er at distribuere højtydende, siliciumbaserede sensorer mellem lag af kompositmaterialerne, der udgør vingerne og andre dele af nye fly, såsom Boeing 787. Disse sensorer vil blive brugt til at bestemme, om materialerne revner eller delaminering. Sensorerne kan reducere nedetiden for inspektioner og hjælpe vedligeholdelsespersonalet med at opdage problemer tidligere, siger Peumans.
Peumans teknologi er ikke det første forsøg på at lave elektronik til store arealer. Andre tilgange har dog en tendens til at producere enheder, der ikke lever op til ydeevnen af enkeltkrystallinsk silicium af chipkvalitet. Nogle forskere udvikler for eksempel billige metoder, der bruger kommercielle trykteknikker til at afsætte uorganisk eller organisk halvlederblæk. Men de bedste uorganiske blækbaserede enheder klarer sig omkring en størrelsesorden dårligere end enkeltkrystallinsk silicium, hvorimod organisk blækbaserede transistorer er tusind gange dårligere.
Den største forhindring i udviklingen af Peumans' tilgang var at vise, at spolerne omkring siliciumøerne ville være stærke nok til ikke at knække, når de slapper af, men han demonstrerede en måde at behandle spolerne på for at gøre dem stærkere. Det næste trin er at demonstrere fungerende enheder. Han har allerede udviklet prototype solceller og arbejder på partnerskaber for at udvikle andre applikationer.