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Silicone espandibile
Un nuovo design per i chip a base di silicio consente di allungarli meccanicamente per coprire ampie aree. Questi chip espansi, che potrebbero essere migliaia di volte più grandi dell'originale, potrebbero essere utilizzati per realizzare pannelli solari, reti di sensori e TV a schermo piatto più economici.
Chip in crescita: I ricercatori hanno costruito chip (in alto) che possono essere espansi per applicazioni di grandi dimensioni (in basso).
I chip, costruiti dai ricercatori della Stanford University, sono costituiti da isole di silicio fluttuanti circondate da bobine di filo di silicio. Ogni isola può essere elaborata per includere transistor, sensori o materiali per minuscole celle solari. Quando gli angoli del chip vengono tirati, le bobine attorno alle isole di silicio si srotolano. Mentre lo fanno, le isole, che iniziano quasi a toccarsi, si allargano. Il risultato finale è una serie di dispositivi al silicio a forma di rete.
Finora i ricercatori hanno dimostrato array che sono 50 volte più grandi del chip originale, ma sono stati limitati dalle dimensioni delle loro apparecchiature di laboratorio. Peter Peumans , il professore di ingegneria elettrica a Stanford che ha guidato il lavoro, afferma che i chip potrebbero espandersi migliaia, o addirittura decine di migliaia, di volte. Il lavoro di Peumans è stato presentato questa settimana all'International Electron Devices meeting a Washington, DC.
Reti in silicone: Utilizzando tecniche convenzionali di lavorazione del silicio, i ricercatori della Stanford University hanno costruito chip costituiti da isole di silicio circondate da bobine di silicio. L'immagine in alto a sinistra mostra una di queste isole di silicio e l'immagine in basso a sinistra mostra l'intero chip composto da una serie di queste isole. Quando gli angoli del chip vengono tirati, le bobine si srotolano e le isole si allargano. La rete finita è mostrata in basso a destra. L'immagine in alto a destra mostra le bobine completamente srotolate.
Il lavoro sta prendendo il concetto di circuito integrato che ha avuto tanto successo nella microelettronica e adattandolo ad applicazioni di grandi dimensioni, afferma Marc Baldo , professore di ingegneria elettrica al MIT. L'industria dei semiconduttori ha eccelso nell'imballare più transistor ad alte prestazioni in un dato spazio, riducendo il costo per transistor nel processo. Ma molte applicazioni richiedono che i transistor e altri dispositivi a base di silicio siano più distribuiti.
Ad esempio, i televisori a schermo piatto hanno bisogno di milioni di transistor distribuiti per controllare ogni pixel. Per i televisori LCD, è stato possibile utilizzare transistor a prestazioni relativamente basse, che possono essere realizzati depositando silicio amorfo su grandi pezzi di vetro. Ma la prossima generazione di display più luminosi, più colorati e più efficienti dal punto di vista energetico, come i display a LED organici, richiede transistor con prestazioni molto più elevate creati con silicio di qualità superiore, che può essere estremamente costoso, rendendo poco pratico rivestire un intero display con esso. Con il metodo di Peumans, potrebbe essere possibile utilizzare solo una piccola quantità di silicio di alta qualità, riducendo così i costi. Inoltre, i dispositivi sono già cablati insieme. Questo è un vantaggio importante rispetto ad altri metodi per realizzare componenti elettronici di grandi dimensioni, poiché il cablaggio di dispositivi elettronici di grandi dimensioni può essere molto costoso, afferma Baldo.
La capacità di utilizzare meno silicio e di formare array ordinati di dispositivi in silicio precablati potrebbe essere utile anche per realizzare pannelli solari più economici. Nei pannelli solari convenzionali, la luce viene assorbita perché l'intero pannello è rivestito con silicio di alta qualità. Ora diverse aziende stanno riducendo la quantità di silicio necessaria concentrando la luce solare su chip di silicio più piccoli. Ad esempio, un'azienda produce una serie di piccole lenti che focalizzano la luce su celle solari in silicio ancora più piccole. Peumans afferma che il suo metodo offre un modo più economico per realizzare tali array di celle solari. All'inizio di quest'anno, ha fondato una società chiamata NetCrystal, con sede a Mountainview, in California, per realizzare tali pannelli, che si aspetta possano essere creati per un terzo del costo dei pannelli odierni.
Anche Peumans sta lavorando con Boeing sviluppare reti di sensori per aeroplani. L'obiettivo è distribuire sensori ad alte prestazioni a base di silicio tra gli strati dei materiali compositi che compongono le ali e altre parti di nuovi aeromobili, come il Boeing 787. Questi sensori verrebbero utilizzati per determinare se i materiali si stanno spezzando o delaminare. I sensori potrebbero ridurre i tempi di fermo per le ispezioni e aiutare il personale di manutenzione a individuare prima i problemi, afferma Peumans.
La tecnologia di Peumans non è il primo tentativo di realizzare elettronica di grandi dimensioni. Altri approcci, tuttavia, tendono a produrre dispositivi che sono notevolmente inferiori alle prestazioni del silicio monocristallino di grado chip. Alcuni ricercatori, ad esempio, stanno sviluppando metodi poco costosi che utilizzano tecniche di stampa commerciale per depositare inchiostri semiconduttori inorganici o organici. Ma i migliori dispositivi a base di inchiostro inorganico hanno prestazioni di circa un ordine di grandezza peggiori del silicio monocristallino, mentre i transistor a base di inchiostro organico sono mille volte peggiori.
Il più grande ostacolo nello sviluppo dell'approccio di Peumans è stato mostrare che le bobine attorno alle isole di silicio sarebbero state abbastanza forti da non rompersi mentre si srotolavano, ma ha dimostrato un modo per trattare le bobine per renderle più forti. Il prossimo passo è dimostrare i dispositivi funzionanti. Ha già sviluppato prototipi di celle solari e sta lavorando a partnership per sviluppare altre applicazioni.