Biegsame Silizium-Chips für flexible Elektronik

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Forscher haben einen flexiblen Prozessor auf Silizium-Basis entwickelt. Dieser kann in komplexe Formen gebracht werden, etwa in die Form von Körperteilen. “Die Annahme, dass Silizium für solche Anwendungen nicht geeignet ist, weil es zu brüchig und steif ist, wurde verworfen”, hieß es von den Wissenschaftlern.

Die Forscher haben sich bei der Entwicklung daran orientiert, dass dünnere Materialien in der Regel auch flexibler sind und haben die Gesamtdicke ihres Chips auf 1,5 Mikrometer gedrückt. Das ist allerdings nicht der ganze Trick. “Wir haben herausgefunden, wie wir hochwertige Elektronik von den üblichen, steifen, brüchigen Halbleiter-Wafers trennen und sie mit weichem Gummi verbinden”, sagte John Rogers, Professor der University of Illinois at Urbana-Champaign (UIUC).

Das Silizium wird dabei auf einen deformierten Gummiträger aufgebracht, der danach wieder entspannt wird. Das Ergebnis sind Schaltkreise mit einer Art Wellenstruktur, die voll reversibel gedehnt oder komprimiert werden können. Die Leistung ist dabei mit jener von klassischen Silizium-Chips vergleichbar, was einen Vorteil gegenüber flexibler Elektronik auf Basis organischer Halbleiter darstellt. “Die Anwendungen, die uns am spannendsten erscheinen, liegen im biomedizinischen Bereich”, so Rogers. Genau hier galt Silizium-Elektronik bisher als wenig attraktiv.

Das Team legt den Schwerpunkt seiner Forschungen jetzt auf diesen Bereich. Ein Beispiel ist die Zusammenarbeit mit Brian Litt von der University of Pennsylvania in Sachen Diagnose und Therapie bei Epilepsie. “Wir arbeiten an dehnbaren Platten mit Sensoren und Elektronik, die direkt an der Oberfläche des Gehirns eines Epilepsie-Patienten integriert werden können”, sagte Rogers. Ziel ist es, durch Beobachtung der Gehirntätigkeit epileptische Anfälle vorhersagen und durch elektrische Stimuli zu verhindern. Zwar sei das noch nicht gelungen, doch seien bereits erste Prototypen der entsprechenden Schaltkreise entstanden.

Die aktuelle Forschungsarbeit wurde vom Magazin Science online veröffentlicht und baut auf einer rund zwei Jahre alten Arbeit auf. Gemeinsam mit noch zu veröffentlichen Forschungsergebnissen bildet es “eine Roadmap, um beinahe jede mechanische Charakteristik in Schaltkreisen von beinahe beliebiger Komplexität zu erreichen”, so Rogers. Er rechnet damit, dass es in drei bis fünf Jahren erste kommerzielle Anwendungen der dehnbaren Elektronik geben wird. “Ich denke, dass das biomedizinische Geräte für die Prothetik, das Monitoring oder die Therapie sein werden”, meinte der Wissenschaftler.