Biegsame Elektronik

Physik Journal – Gewöhnliche Siliziumchips lassen sich dehnen und krümmen, ohne dass ihre Funktion darunter leidet.

Wären elektronische Bauteile biegsam, würden sie in Kleidern oder biomedizinischen Implantaten neue Einsatzmöglichkeiten eröffnen. Zwar besitzen manche organischen und anorganischen Halbleiter eine gewisse mechanische Flexibilität, aber sie lassen sich nicht wirklich verdrillen oder dehnen. Einer Forschergruppe aus den USA, Südkorea und Singapur ist es unter Federführung von John Rogers von der University of Illinois gelungen, CMOS-Bauelemente so zu verpacken, dass sie sich fast beliebig verformen lassen. Die mechanisch empfindliche Siliziumelektronik schützen sie dabei durch eine Kunststoffschicht.

Die Forscher erzeugen dazu auf einem dünnen Polymerfilm Schaltkreise aus einem Siliziumwafer. Dabei müssen die funktionalen Schichten in der Sandwichstruktur in der Ebene liegen, in der die mechanische Dehnung null ist. In einer homogenen Substanz liegt diese Ebene genau in der Mitte. Durch die verschiedenen Materialeigenschaften der Schichten und deren unterschiedliche Dicken können die Wissenschaftler die Lage dieser Ebene passend einstellen. Liegt die Siliziumelektronik in dieser Ebene, lässt sich das System stark krümmen, ohne die Schaltkreise zu dehnen. Mit einer Dicke von 1,7 μm ist dieses System mehr als hundertmal dünner als konventionelle Chips.

Abb.: Trotz starker Verformung funktionieren präparierte Schaltkreise weiterhin. (Quelle: Science)

Nun entfernen die Forscher die Basis der Siliziumschicht, die für die elektronischen Funktionen nicht notwendig ist. Zurück bleiben Schaltkreise in Form dünner Scheiben, die in einem Kunststoff stecken. Diese verbinden die Wissenschaftler chemisch mit einem Stück gedehnten Gummis, das sie anschließend in seine Ausgangsform zurückschnappen lassen. Die Schaltkreise bilden dadurch eine gewellte Schicht. Das nächste Ziel des Forscherteams ist ein Latexhandschuh für Chirurgen, der während der Operation u. a. den Sauerstoffgehalt des Blutes misst.

Michael Vogel

Quelle: Physik Journal, Juli 2008, S. 16

Weitere Infos:

• Originalveröffentlichung:
  D. Kim et al., Science 320, 507 (2008).