Новое исследование демонстрирует потенциал тонкопленочной электроники для гибкой конструкции чипа

Три 6502 микропроцессора слева направо: чип SI CMOS 6502, Flex 6502 LTPS Chip и Flex 6502 Igzo Chip.Кредит: Ku leuven - imec

Кремниевые полупроводники стали «маслом» компьютерного века, что также было продемонстрировано недавно кризисом нехватки чипов.Однако одним из недостатков обычных кремниевых чипсов является то, что они не механически гибкие.

С другой стороны, у вас есть область гибкой электроники, которая обусловлена альтернативной технологией полупроводниковых технологий: тонкопленочным транзистором или TFT.Приложения, в которых можно использовать TFTS, являются легионом: от носимых пластырей здравоохранения и нейропроборов до цифровых микрофлюидиков и роботизированных интерфейсов до сгибаемых дисплеев и электроники Интернета вещей (IoT).

Технология TFT развивалась, но в отличие от обычной полупроводниковой технологии, потенциал для использования ее в различных приложениях едва использовалась.Фактически, в настоящее время TFT в основном производятся с целью интеграции их в дисплеи смартфонов, ноутбуков и интеллектуальных телевизоров, где они используются для управления пикселями индивидуально.

Это ограничивает свободу дизайнеров чипов, которые мечтают использовать TFT в гибких микрочипах и придумать инновационные приложения на основе TFT.«Эта область может извлечь огромную пользу из модели литейного бизнеса, аналогичной модели обычной индустрии чипов», - говорит Крис Мини, профессор новых технологий, систем и безопасности Ku Leuven в Diepenbek, а также приглашенного профессора в IMEC.

В основе мирового рынка микрочипа лежит литейная модель.В этой бизнес -модели крупные полупроводниковые заводы или литейные заводы (например, TSMC от Тайваня) сосредоточены на массовом производстве чипов на кремниевых пластинах.Затем они используются клиентами литейных заводов - компаниями, которые разрабатывают и заказывают чипы, - для интеграции их в конкретные приложения.Благодаря этой бизнес -модели, последние компании имеют доступ к сложному производству полупроводников для разработки необходимых им чипов.

Группа Myny теперь показала, что такая бизнес-модель также жизнеспособна в области тонкой пленки электроники.Они разработали специфический микропроцессор на основе TFT и пусть он будет произведен в двух литейных заводах, после чего они с успехом тестировали его в своей лаборатории.Один и тот же чип был произведен в двух версиях, основанных на двух отдельных технологиях TFT (с использованием разных субстратов), которые оба являются основными.Их исследовательская работа опубликована в природе.

Микропроцессор Мини и его коллеги построили культовые MOS 6502. Сегодня этот чип является музейным произведением, но в 70 -х годах он был драйвером первых компьютеров Apple, Commodore и Nintendo.Группа разработала чип 6502 на пластине (с использованием аморфного индий-галлий-цинка-оксида) и на пластине (с использованием низкотемпературного поликристаллического кремния).В обоих случаях чипы были изготовлены на подложке вместе с другими чипсами или «проектами».Этот многопроектный подход позволяет литейным заводам производить различные чипы по требованию от дизайнеров на отдельных субстратах.

Сделанная группа Chip Myny составляет менее 30 микрометров толщиной, меньше, чем человеческие волосы.Это делает его идеальным для, например, для медицинских приложений, таких как носимые патчи.Такие ультратонкие носимые устройства можно использовать для изготовления электрокардиограмм или электромиграмм, чтобы изучить состояние соответственно сердца и мышц.Они будут чувствовать себя как наклейка, в то время как пятна с чипом на основе кремния всегда чувствуют себя ножбельными.

Хотя производительность микропроцессора 6502 не сопоставима с современными, это исследование демонстрирует, что также гибкие чипы могут быть спроектированы и производиться в многопроектом подходе, аналого-то, как это происходит в обычной отрасли чипов.Мини заключает: «Мы не будем конкурировать с чипсами на основе кремния, мы хотим стимулировать и ускорить инновации на основе гибкой тонкой фильма».

Больше информации: Многопроектные пластины для гибкой тонкопленочной электроники независимыми литейными заводами, Nature (2024).Doi: 10.1038/s41586-024-07306-2