(Phys.org) – Forskare som arbetar i ett materialvetenskapslabb ser bokstavligen deras arbete försvinna framför deras ögon – men det är avsiktligt. De utvecklar vattenlösliga integrerade kretsar som löses upp i vatten eller biovätskor på månader, Veckor, eller till och med några dagar. Denna teknik, kallas transientelektronik, kan ha tillämpningar för biomedicinska implantat, nollavfallssensorer, och många andra halvledarenheter.

Forskarna, ledd av John A. Rogers vid University of Illinois i Urbana-Champaign och Fiorenzo Omenetto vid Tufts University, har publicerat en studie i ett färskt nummer av Bokstäver i tillämpad fysik där de analyserade prestanda och upplösningstider för olika halvledarmaterial.

Arbetet bygger på tidigare forskning, av författarna och andra, som visade att kisel – det vanligaste halvledarmaterialet i dagens elektroniska enheter – kan lösas upp i vatten. Även om det skulle ta århundraden att lösa upp bulkkisel, tunna lager av kisel kan lösas upp på mer rimliga tider vid låga men signifikanta hastigheter på 5-90 nm/dag. Kislet löser sig på grund av hydrolys, där vatten och kisel reagerar och bildar kiselsyra. Kiselsyra är miljömässigt och biologiskt godartad.

I den nya studien, forskarna analyserade upplösningsegenskaperna hos kiseldioxid och volfram, som de använde för att tillverka två elektroniska enheter:fälteffekttransistorer och ringoscillatorer.

Under biokompatibla förhållanden (37 °C, 7,4 pH), upplösningshastigheter varierade från 1 vecka för volframkomponenterna, till mellan 3 månader och 3 år för kiseldioxidkomponenterna. Upplösningshastigheterna kan styras av flera faktorer, som tjockleken på materialen, koncentrationen och typen av joner i lösningen, och metoden som används för att avsätta kiseldioxiden på det ursprungliga substratet.

Som visas i mikroskopbilderna, kretsarna löses inte upp i en uniform, lager-för-lager-läge, men i stället löses vissa ställen upp snabbare än andra. Detta beror på mekaniska brott i de ömtåliga kretsarna, vilket gör att lösningen tränger igenom lagren mer på vissa platser än på andra.

Även om organiska elektroniska material ofta är biologiskt nedbrytbara, Kiselbaserad elektronik har fördelarna med en övergripande högre prestanda och användningen av kompletterande metalloxid-halvledare (CMOS) tillverkningsprocesser som möjliggör massproduktion.

"Det viktigaste resultatet är att det finns val av material, enhetsdesigner och bearbetningssekvenser som gör att transientelektronik kan produceras i konventionella kiseltillverkningsanläggningar, " berättade Rogers Phys.org . "Den omedelbara konsekvensen är en kostnadseffektiv, väg till tillverkning med stora volymer."

Transientelektronik kan ha ett mycket brett utbud av nya tillämpningar, särskilt inom det medicinska området. Till exempel, de skulle kunna användas för att göra katetrar som löses upp; biologiskt nedbrytbara sensorer som övervakar njuren, hjärta, och lungor; och vattenlöslig elektronik som övervakar bakterieinfektioner efter operation.

När det gäller miljötillämpningar, transientelektronik skulle kunna användas som sensorer som överför data från avlägsna platser, och bryts sedan ned i jorden för att eliminera avfall.

Forskarna planerar att arbeta mot dessa tillämpningar inom en snar framtid.

"Vi jobbar på att bygga mer avancerade kretsar, och gör det med kommersiella gjuterier, och på back-end-monteringstekniker som gör att dessa kretsar kan användas på en rad biologiskt nedbrytbara polymersubstrat, " sa Rogers.

© 2015 Phys.org