Более 90% современной электроники делается на кремниевых подложках. Жёсткие? Да. Хрупкие? Да. Зато дёшево! Но если у подложек оторвать верхний слой, их качества, по мнению исследователей из Саудовской Аравии, можно сильно изменить, оставив цену прежней.   

Попытки создания гибкой микроэлектроники высокого качества на основе обычных кремниевых подложек, разумеется, предпринимались. Более того, они у всех на слуху: гибкие дисплеи для планшетов и смартфонов уже есть, но электроника — последнее препятствие на пути гнущихся, а со временем, быть может, и свёртывающихся мобильных устройств. Правда, современные образцы гибкой кремниевой электроники либо слишком дороги, либо из-за совсем малой толщины имеют никудышный рабочий ресурс.

Кремниевая электроника не обязана быть жёсткой. (Иллюстрация Muhammad Mustafa Hussain et al.)

Исследователи во главе с Мухаммадом Мустафой Хусейном (Muhammad Mustafa Hussain) из Научно-технологического университета им. Короля Абдаллы (Саудовская Аравия) попробовали избавить гибкий кремний от обоих этих недостатков — и, кажется, у них получилось.

До сих пор монокристаллический кремний (100) удавалось получать в тонких пластинах лишь в условиях, приближённых к лабораторным, что слишком высоко «задирало» цену. Кроме того, обычно, чтобы произвести тонкие пластины, в ход шли стандартные подложки, у которых затем просто срезался тонкий функциональный слой. Естественно, он больше не использовался.

Ну а г-н Хуссейн и Ко покрывали подложку слоем диоксида кремния, защищавшим функциональные компоненты при отрезании её верхней части. Затем через регулярные промежутки с помощью фотолитографии и реактивного ионного травления в ней проделывались поры диаметром 5 мкм, проходившие как через слой диоксида кремния, так и через примерно 20 мкм подстилающего чистого кремния. После этого подложку подвергали воздействию дифторида ксенона — газа, который, проходя через поры, вытравливает слой кремния на несколько микрометров ниже поверхности подложки.

В итоге, кроме ультратонкого функционального слоя, для глаза человека выглядящего полупрозрачным, остаётся правильных размеров, одинаковая по толщине подложка, которая после полировки подвергается повторному использованию для получения нового набора устройств. Стандартная подложка в 0,5 мм даёт шесть функциональных слоёв толщиной от 25 до 50 мкм, которые экспериментаторы использовали для создания устройств разных типов — от конденсаторов и транзисторов до компонентов термоэлектрических приборов и литий-ионных батарей.

Важно и то, что на такой основе гибкими можно будет делать кремниевые солнечные батареи. (Фото Wikimedia Commons.)

Новые микросхемы, обладая полным функционалом обычных кремниевых устройств, достаточно гибки, чтобы ими можно было обернуть края кремниевых пластин стандартной толщины в 0,5 мм. Такой же техпроцесс без проблем был применён к поликристаллическому и аморфному кремнию, а сейчас группа г-на Хусейна занята созданием из такой ультрагибкой электроники оперативной памяти и логических схем. После этого учёные намерены объединить получившиеся устройства с батареей, использующей такую же электронику, и микрогенератором, чтобы получить первый носимый гибкий компьютер, выполненный по новой технологии.

Среди потенциальных преимуществ последнего, помимо малой материалоёмкости (в полудюжину раз выше, чем у микросхем из того же количества кремния), наверное, можно назвать лучшую сбалансированность по тепловыделению: в несколько раз более тонкие устройства быстрее отдают тепло и тем самым в меньшей степени страдают от общей для мобильной электроники проблемы недостаточного охлаждения.