En hemlighet för att skapa världens snabbaste kiselbaserade flexibla transistorer:en mycket, mycket liten kniv.

Arbetar i samarbete med kollegor runt om i landet, Ingenjörer från University of Wisconsin-Madison har utvecklat en unik metod som gör det möjligt för tillverkare att enkelt och billigt tillverka högpresterande transistorer med trådlösa funktioner på stora rullar av flexibel plast.

Forskarna - ledda av Zhenqiang (Jack) Ma, Lynn H. Matthias professor i teknik och Vilas Distinguished Achievement Professor i el- och datorteknik, och forskare Jung-Hun Seo-tillverkade en transistor som fungerar på rekord 38 gigahertz, även om deras simuleringar visar att den kan fungera vid en häpnadsväckande 110 gigahertz. Inom datorer, som översätts till blixtsnabba processorhastigheter.

Det är också mycket användbart i trådlösa applikationer. Transistorn kan överföra data eller överföra ström trådlöst, en förmåga som kan låsa upp framsteg i en mängd olika applikationer, allt från bärbar elektronik till sensorer.

Teamet publicerade detaljer om sitt förskott den 20 april i tidningen Vetenskapliga rapporter .

Forskarnas nanoskala -tillverkningsmetod går upp för konventionella litografiska metoder - som använder ljus och kemikalier för att mönstra flexibla transistorer - för att övervinna sådana begränsningar som ljusdiffraktion, oprecision som leder till kortslutning av olika kontakter, och behovet av att tillverka kretsarna i flera passager.

Med hjälp av lågtemperaturprocesser, Ma, Seo och deras kollegor mönstrade kretsarna på sin flexibla transistor-enkelkristallint kisel som slutligen placerades på ett polyetentereftalat (mer allmänt känt som PET) -underlag-ritade på ett enkelt, lågkostnadsprocess som kallas nanoimprint litografi.

I en metod som kallas selektiv dopning, forskare introducerar föroreningar i material på exakta platser för att förbättra deras egenskaper - i detta fall, elektrisk konduktivitet. Men ibland smälter dopmedlet in i områden av materialet som det inte borde, orsakar det som kallas kortkanalseffekten. Dock, UW-Madison-forskarna tog ett okonventionellt förhållningssätt:De täckte sitt enda kristallina kisel med ett dopmedel, snarare än att selektivt dopa det.

Sedan, de tillsatte ett ljuskänsligt material, eller fotoresistskikt, och använde en teknik som kallas elektronstrålelitografi-som använder en fokuserad elektronstråle för att skapa former så smala som 10 nanometer breda-på fotoresisten för att skapa en återanvändbar form av de nanoskala-mönster de önskade. De applicerade formen på en ultratunn, mycket flexibelt kiselmembran för att skapa ett fotoresistmönster. Sedan avslutade de med en torr-etsningsprocess-i huvudsak, en nanoskala -kniv - som skär exakt, nanometer-skyttegravar i kislet efter mönstren i formen, och lade till breda portar, som fungerar som switchar, ovanpå skyttegravarna.

Med en unik, tredimensionellt strömflödesmönster, den högpresterande transistorn förbrukar mindre energi och fungerar mer effektivt. Och eftersom forskarnas metod gör det möjligt för dem att skära mycket smalare skyttegravar än vad konventionella tillverkningsprocesser kan, det kan också göra det möjligt för halvledartillverkare att klämma in ett ännu större antal transistorer på en elektronisk enhet.

I sista hand, säger Ma, eftersom formen kan återanvändas, metoden kan enkelt skala för användning i en teknik som kallas roll-to-roll-bearbetning (tänk på en jätte, mönstrad kavel som rör sig över plastplåtar på en bordsskiva), och det skulle göra det möjligt för halvledartillverkare att upprepa sitt mönster och massfabrikera många enheter på en rulle med flexibel plast.

"Nanoimprint litografi behandlar framtida applikationer för flexibel elektronik, "säger mamma, vars arbete fick stöd av Air Force Office of Scientific Research. "Vi vill inte göra dem till det som halvledarindustrin gör nu. Vårt steg, vilket är mest avgörande för utskrift från rull till rulle, är redo."