En tant que matériau dur et cassant, le silicium n'a pratiquement pas d'élasticité naturelle. Mais dans une nouvelle étude, les chercheurs ont démontré que le silicium amorphe peut être transformé en nanofils superélastiques en forme de fer à cheval qui peuvent subir un étirement de plus de deux fois leur longueur d'origine, tout en conservant leurs excellentes propriétés électriques.

Les résultats sont des nouvelles passionnantes pour le domaine de l'électronique extensible, car ils suggèrent que les ressorts en nanofils de silicium pourraient servir de matériau semi-conducteur étirable pour de futurs flexibles, appareils électroniques pliables. Jusque là, presque tous les composants électroniques extensibles qui ont été démontrés étaient constitués de polymères et de semi-conducteurs organiques, dont les propriétés semi-conductrices sont inférieures à celles du silicium.

Les chercheurs, qui sont de l'Université de Nanjing, Université de Pékin, et CNRS-Ecole Polytechnique, ont publié un article sur leur nouvelle méthode de croissance de ressorts en silicium extensibles dans un récent numéro de Lettres nano .

Dans les efforts précédents pour fabriquer du silicium étirable, certains des meilleurs résultats proviennent de l'utilisation de la lithographie par faisceau d'électrons. Dans cette technique, le silicium cristallin ultra-mince est gravé en divers motifs, tels que les formes serpentines et les motifs fractals, qui confèrent au dispositif en silicium obtenu une extensibilité. Cependant, la lithographie par faisceau d'électrons est coûteuse et peu pratique pour la fabrication d'électronique de grande surface.

Comme l'expliquent les chercheurs dans le nouveau document, une méthode idéale et relativement peu coûteuse pour fabriquer des nanofils de silicium étirables serait similaire aux méthodes d'extraction de cristal utilisées pour faire croître des lingots de cristal de silicium à partir de silicium fondu. Dans ces méthodes, qui sont largement utilisés dans l'industrie du silicium, un cristal germe est plongé dans du silicium fondu et tiré lentement vers le haut, entraînant avec lui un long lingot de silicium cristallin.

Comme l'expliquent les chercheurs, la nouvelle méthode ressemble un peu à une échelle nanométrique, version dans le plan du tirage de cristal. Le processus, appelé ingénierie de forme de ligne, consiste à guider des gouttelettes d'indium fondues pour qu'elles se déplacent le long d'une piste pré-configurée recouverte de silicium amorphe. Au fur et à mesure que la goutte se déplace le long de la piste, il absorbe du silicium amorphe et précipite des nanofils de silicium cristallin.

Dans leurs manifestations, les chercheurs ont fait pousser des nanofils de silicium cristallin de plus d'un millimètre de long en motifs tels que des formes en fer à cheval et une courbe de Peano, qui s'est précédemment avéré être l'un des meilleurs motifs fractals pour obtenir une grande extensibilité. Dans des travaux antérieurs, les chercheurs avaient démontré la croissance guidée de nanofils de silicium en lignes droites, mais la capacité de les faire pousser dans des motifs étroitement incurvés comme ceux-ci est essentielle pour atteindre l'extensibilité. Les tests ont révélé que les ressorts peuvent être tirés à plus de deux fois leur longueur d'origine - presque en ligne droite - tout en conservant leurs propriétés électriques et en retrouvant rapidement leur forme d'origine lorsqu'ils sont relâchés.

À l'avenir, les chercheurs prévoient d'étudier des techniques pour transférer les nanoressorts de silicium du substrat de croissance sur une surface plus douce qui est plus pratique pour les applications. Globalement, ils s'attendent à ce que la méthode de croissance démontrée ici représente une étape importante vers le développement de hautes performances, électronique en silicium extensible.

« En vue des futures applications industrielles, la fabrication peut être extrêmement économique et évolutive, de sorte que la taille d'un réseau de ressorts 1D peut être de plusieurs mètres de large et enroulable en production, " co-auteur Linwei Yu, à l'Université de Nanjing et à l'Université de Pékin, Raconté Phys.org . "Notre vision est de définir une nouvelle technologie de wafer, répondre aux besoins de l'électronique de grande surface, qui propose des fabrications par lots, robuste, et des canaux de silicium cristallin extensibles pour insuffler de bonnes performances à l'électronique douce émergente. Nos derniers progrès ont démontré un réseau autonome complet de ces ressorts en silicium. Une application immédiate les déploiera sur la peau pour les capteurs, ainsi que des dispositifs mécaniques, dispositifs à effet de champ, et NEMS. Avec un peu de chance, ces nouveaux résultats sortiront bientôt."

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