Ученые научились печатать при помощи лазера кремниевые электронные схемы прямо на бумаге - «Наука и технологии»

Область печатаемой электроники, развивающаяся бурными темпами в последнее время, уже позволяет создавать гибкие электронные схемы, дисплеи, которые можно свернуть в трубочку, и много другое, что невозможно изготовить при помощи методов производства традиционной "твердой" электроники. Однако, при печати электронных схем используются органические, метало-оксидные или полупроводниковые чернила на основе других материалов. Но, к сожалению, электронные свойства всех вышеупомянутых материалов выглядят достаточно бледно на фоне электронных свойств кремния. И недавно ученые разработали метод печати кремниевых электронных схем, который подходит для промышленных масштабов производства и при помощи которого можно будет создавать полноценные электронные устройства, напечатанные на различных материалах, в том числе и на бумаге.

Технологии кремниевой печати были известны ученым уже в течение некоторого времени, но получение чистого или допированного кремния из жидких полисилановых чернил требует нагрева всего этого до температур порядка 350 градусов по шкале Цельсия. Это слишком большая температура для того, чтобы ее могла выдержать бумага и большинство полимерных материалов, из которых изготавливаются тонкие подложки для печатаемой электроники.

Новая технология, разработанная группой исследователей из Технологического университета Дельфта (Delft University of Technology), Нидерланды, и японского Института науки и передовых технологий (Advanced Institute of Science and Technology, AIST) разработали метод кремниевой печати, в котором отсутствует необходимость высокотемпературного нагрева.

Ключом технологии является специальная бумага или полимер, на поверхность которой в бескислородной и сухой среде нанесен слой жидкого полисилана. После этого на поверхность подготовленной бумаги наносится рисунок будущей электронной схемы при помощи эксимерного лазера, инструмента, используемого в производстве панелей жидкокристаллических дисплеев для смартфонов и другой электроники. Длительность импульса такого лазера составляет всего несколько десятков наносекунд, его энергии достаточно для превращения кремния в кристаллическую форму не затрагивая при этом материал подложки.

Создаваемая лазером кремниевая пленка имеет толщину порядка 200 нанометров и ей требуется последующая обработка при температуре около 150 градусов Цельсия. Созданные таким способом тонкопленочные кремниевые транзисторы, по заявлению исследователей, демонстрируют характеристики, не отличающиеся от характеристик транзисторов на чипах традиционных интегральных схем, но намного превосходящие характеристики транзисторов, печатаемых при помощи полупроводниковых чернил любых типов.

Проделанная исследователями работа может привести к разработке технологии производства дешевой, гибкой и высокопроизводительной электроники, которая, к тому же, весьма хорошо поддается утилизации. Созданные таким способом кремниевые электронные схемы могут быть эффективно использованы в солнечных батареях, в носимой электронике, в технологиях радиочастотной идентификации и в триллионах приборов, из которых в недалеком будущем будет состоять так называемый Интернет Вещей (Internet of Things).