Chip silicon mềm dẻo ứng dụng trong công nghiệp điện tử, y học

Loại chip silicon mới này có thể uốn cong, kéo giãn và gấp lại.

Thông thường, chip được chế tạo bằng silic rất mỏng mảnh, giòn nên dễ gãy, vỡ.

Các vi mạch có thể co giãn sẽ được ứng dụng trong chế tạo cấy ghép não, máy kiểm tra sức khỏe hoặc các loại quần áo thông minh.

Các thiết bị phức tạp bao gồm những nếp gấp (giống như chiếc đàn công- xéc- ti- na) của một dải silicon siêu mỏng trên các miếng cao su.

Trên tạp chí Khoa học, các nhà nghiên cứu Mỹ cho biết, hiệu suất của con chip này cũng tương đương các sản phẩm điện tử thông thường.

Giáo sư John Roggers, trường đại học Illinois tại Urbana-Champaign, đồng tác giả của công trình nghiên cứu nói: Vi điện tử silicon đã trở thành một công nghệ cực kỳ thành công góp mặt hầu như trên tất cả mọi lĩnh vực trong cuộc sống.

Ông cũng cho biết, sự cứng rắn, mỏng mảnh, dễ hỏng vỡ của chip silicon đã khiến cho chúng gần như vắng mặt trong rất nhiều ứng dụng, chẳng hạn như các cấy ghép y khoa - sinh học.

Trong rất nhiều trường hợp, con người muốn sử dụng các thiết bị điện tử cấy ghép trên cơ thể một cách thoải mái. Tuy nhiên chúng ta không có các thiết bị mỏng và có thể biến đổi hình dạng linh hoạt.

Giáo sư Zhenqiang Ma, thuộc trường đại học Wisconsin-Madison, người cũng đang làm việc trong lĩnh vực nghiên cứu vi mạch silicon mềm dẻo, nói: nghiên cứu mới này là một bước tiến quan trọng. Đây là lần đầu tiên chúng ta có các vi mạch có thể gấp khúc, uốn cong mặc dù điều này đã được nói đến từ rất nhiều năm nay.

Làn sóng silicon

Những con chip được thiết kế từ nghiên cứu trước đó trong phòng thí nghiệm của giáo sư Rogers.

Năm 2005, các nhà khoa học đã cho ra mắt một dạng chip silicon pha lê đơn có thể co giãn. Loại chip này bao gồm một dải silicon cực mỏng bọc trong vỏ cao su. Nếu soi bằng kính hiển vi, có thể thấy các dải silicon này có cấu trúc lượn sóng giống như là phần xếp nếp của đàn accordion, cho phép kéo giãn về một hướng.

Giáo sư Rogers giải thích: Silicon vẫn cứng và giòn, dễ vỡ như đúng bản chất của nó nhưng trong cấu trúc giống như phần xếp nếp của đàn accordion và được bọc bằng cao su, chúng ta hoàn toàn có thể kéo giãn nó mà không bị hỏng.

Sử dụng loại chất liệu này, các nhà nghiên cứu có thể cho ra đời các thành phần cấu thành vỉ mạch độc đáo, mềm dẻo, chẳng hạn như các bóng bán dẫn.

Công việc tiếp theo là tiến tới chế tạo các con chip silicon hoàn chỉnh-  gọi là các vỉ mạch hợp nhất (ICs)- có thể kéo giãn theo hai chiều và gập lại theo nhiều hình dạng phức tạp.

Giáo sư Rogers giải thích: để làm được điều đó, chúng tôi phải tính toán cách thức tạo ra được một vi mạch hoàn chỉnh dưới dạng siêu mỏng.

Các vi mạch silicon có thể dán bao quanh
những bề mặt cong, lượn sóng.

Các nhà khoa học đã xây dựng một phương pháp sản xuất một vi mạch hoàn chỉnh có độ dày chỉ bằng 1,5 microns (1 micron bằng một phần triệu mét), mỏng hơn hàng trăm lần so với các vi mạch silicon thông thường trong các máy tính cá nhân.

Giáo sư Rogers cho biết: những vi mạch siêu mỏng đó cho phép uốn cong tới một góc độ mà các vi mạch xưa nay chưa từng làm được.

Các nếp gấp cao su

 Các vi mạch mỏng, giống như các chip thông thường, được làm bằng rất nhiều chất liệu để định hình các mạch và những thành phần khác. Độ dày và các vị trí liên quan của các lớp khác nhau bao gồm crôm, vàng và silicon là cực kỳ quan trọng.

Giáo sư Rogers giải thích: Chúng tôi phải thiết kế độ dày của các chất liệu này sao cho có thể nhét các lớp vật liệu có sức căng bề mặt bằng không vào, chúng phải chồng lên loại vật liệu dễ gãy, dễ hỏng nhất.

Điều cốt lõi là lớp vật liệu này phải ở đúng giữa hai bề mặt trên và dưới để có được một sức nén và sức căng cân bằng khi bị uốn cong, kéo giãn.

Nếu như đặt được các vỉ mạch ở vị trí như thế, chúng ta có thể kéo giãn, uốn cong một góc rất lớn mà vỉ mạch không hề bị căng.

Để tạo ra các chip có thể gấp lại được, những lớp vi mạch được thiết kế dựa trên các chất nền polymer.

Các tấm vật liệu thông minh

Một số công ty và các nhà nghiên cứu khác cũng đang nghiên cứu chế tạo các thiết bị điện tử mềm dẻo.

Một trong những hướng này là tạo ra các sản phẩm điện tử “hữu cơ”, được biết đến với tên gọi điện tử plastic.

Những thiết bị này được làm từ polymer hữu cơ và được thiết kế dưới dạng các “giấy điện tử” mềm. Tuy nhiên, chúng chạy rất chậm và do vậy bị hạn chế sử dụng trong các thiết bị điện tử đòi hỏi tốc độ xử lý cao.

Những vi mạch đàn hồi được ứng dụng
 trong ngành hàng không hoặc trong các bệnh viện.

Nghiên cứu mới đã đưa ra một phương pháp thay thế.

Giáo sư Ma cho biết vi mạch silicon mềm dẻo có rất nhiều ứng dụng và bản thân ông đang tìm kiếm cơ hội để ứng dụng thành quả của nghiên cứu này vào công nghệ hàng không, chẳng hạn như thiết kế các ăng- ten đặc, chắc chắn hay tạo ra những hệ thống theo dõi quay được 360o bằng cách dán các con chip lên bề mặt thân máy bay.

Ông nói: Trong một số ứng dụng thì các vi mạch mềm dẻo có thể gấp khúc là sự lựa chọn duy nhất.

Giáo sư Rogers và các nhà khoa học khác lại tập trung vào các ứng dụng y khoa.

Họ đang hợp tác thiết kế một loại bao tay cao su thông minh dùng trong phẫu thuật, có khả năng nhận biết được các triệu chứng nguy hiểm đến tính mạng bệnh nhân trong quá trình phẫu thuật, chẳng hạn như lượng ô-xy trong máu.

Một mục tiêu nữa là thiết kế các miếng điện tử có thể áp lên bề mặt của bộ não để kiểm soát hoạt động của não, giúp điều trị bệnh động kinh.

Theo BBC