(Phys.org)—Les chercheurs ont développé une méthode de fabrication d'électronique à base de silicium qui peut être étirée et pliée sans dommage, contourner le problème d'extrême fragilité auquel sont traditionnellement confrontés les matériaux silicone souples ultra-minces.

Les chercheurs, dirigé par Muhammad Mustafa Hussain à la King Abdullah University of Science and Technology (KAUST), ont publié un article sur l'électronique pliable à base de silicium dans un récent numéro de Lettres de physique appliquée .

La plupart des composants électroniques flexibles développés aujourd'hui sont basés sur des matériaux polymères, mais les polymères ont des propriétés semi-conductrices inférieures à celles du silicium. Aussi, contrairement au silicium, la plupart des polymères ne sont pas entièrement compatibles avec les procédés de fabrication standard utilisés dans l'industrie des semi-conducteurs d'aujourd'hui.

Si le silicium peut s'avérer suffisamment robuste mécaniquement pour supporter les étirements et les flexions requis par l'électronique flexible, il offrirait potentiellement un matériau idéal pour réaliser une électronique flexible commerciale à grande échelle.

Dans la nouvelle étude, les chercheurs font un pas vers cet objectif en concevant un dispositif à base de silicium composé d'« îlots » de silicium en vrac interconnectés par de minces, ressorts souples en silicone. Les îlots épais assurent le support mécanique, tandis que les ressorts minces offrent de la flexibilité.

L'un des plus grands défis était de concevoir les ressorts microscopiques de manière à éviter qu'ils ne s'emmêlent les uns avec les autres, tout en leur permettant de s'étirer plusieurs fois leur longueur d'origine.

Bien que les chercheurs aient considéré les formes en spirale et les motifs fractals, le meilleur design qu'ils ont proposé a été inspiré en imitant le motif sphérolite-lamellaire de la nature, un motif qui ressemble aux lignes rayonnantes souvent observées dans les roches. Les expériences ont montré que cette conception géométrique a l'avantage de répartir la contrainte induite par la flexion sur toute la longueur du ressort.

Grâce aux ressorts extensibles, le dispositif final peut être étiré à plus de cinq fois sa surface d'origine. Les ressorts permettent également aux îles de se replier les unes sur les autres, résultant en un rayon de courbure de 130 µm, qui est indépendant de l'épaisseur de l'appareil.

"Pour un système entièrement flexible et extensible, nous devons rendre l'électronique silicium haute performance flexible et extensible, " Hussein a dit Phys.org . "Toutefois, dans son état normal, le silicium est rigide et volumineux. Pendant des années, en amincissant du silicium ou des matériaux similaires, la communauté scientifique a rendu le silicium flexible. En adoptant diverses conceptions fractales, l'extensibilité a également été obtenue. Cependant, un tel silicium souple ultra-mince est fragile, de sorte que lorsqu'il est étiré, il ne parvient souvent pas à conserver son intégrité mécanique. Par conséquent, notre travail répond de manière décisive à toutes ces préoccupations en montrant un processus compatible CMOS à la pointe de la technologie pour obtenir un silicium flexible et étirable avec une rigueur mécanique suffisante. »

Étant donné que les nouveaux procédés de structuration sont compatibles avec les technologies actuelles de fabrication de semi-conducteurs, les chercheurs s'attendent à ce que cette conception puisse être directement appliquée à la fabrication d'une large gamme de dispositifs flexibles. Les applications potentielles incluent l'électronique portable, des cellules solaires qui se conforment aux surfaces courbes, des écrans tactiles qui se plient comme de l'origami, et l'empilement 3D de circuits intégrés. Une autre possibilité est les composants électroniques détachables, qui sont une partie importante de l'électronique autodestructible, des appareils qui peuvent s'autodétruire lorsqu'ils sentent que leur sécurité est menacée.

« Nous explorons de nouvelles opportunités d'application pour l'électronique afin de renforcer l'humanité, " a déclaré Hussain. " Notre travail actuel consiste à développer des processus de fabrication robustes pour de nouvelles applications. À cet égard, notre prochain objectif est de développer un gadget informatique qui peut être étiré et plié selon les besoins. À l'avenir, nous envisageons également une électronique implantable qui peut être remodelée et reconfigurée en utilisant les techniques développées pour se conformer à la croissance naturelle des organes du corps d'une personne."

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