Водорастворимые полупроводники из кремния помогут решить проблемы экологии
Исследователи во главе с Джоном А. Роджерсом из Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне и Фиоренцо Оменетто из Университета Тафтса, который расположен в штате Массачусетс, объявили о разработке интегральных схем из кремния, которые растворяются в воде и биожидкостях в течение нескольких месяцев, недель или даже дней. Технология под названием «временная электроника» ляжет в основу производства биомедицинских имплантатов, датчиков и безотходных полупроводниковых устройств. Работа, опубликованная в журнале Applied Physics Letters, основана на ранних работах других исследователей, которые показали, что кремний, наиболее часто используемый материал для производства полупроводников в современных электронных устройствах, может растворяться в воде. И хотя обычно этот процесс занимает несколько веков, при определенных условиях слои кремния толщиной от 5 до 90 нм можно растворять примерно за день. В результате реакции гидролиза образуется кремниевая кислота, которая экологически и биологически безвредна.
В новом исследовании ученые проанализировали характеристики растворения диоксида кремния и вольфрама, которые используются для изготовления транзисторов и кольцевых генераторов. Поместив компоненты из этих соединений в условия, близкие к внутренней среде организма (температура 37°С, рН 7,4), скорость растворения компонентов из вольфрама составила около 1 недели, а для диоксида кремния — от 3 месяцев до 3 лет. На скорость растворения можно повлиять, изменяя такие показатели, как толщина материала, концентрация и типа ионов в растворе, а также метод осаждения диоксида кремния на исходной подложке. Как было показано на микроскопических изображениях, схемы хуже растворяются при равномерном нанесении слоев, тогда как наличие механических трещин и прочих изъянов ускоряет этот процесс.
Несмотря на то, что биодеградация встречается довольно часто среди органических электронных материалов, электронные устройства из кремния прочно вошли в наш обиход благодаря дешевизне и высокому быстродействию. Переход на новые технологии, пусть и более экологически благоприятные, могут оказаться чересчур дорогим и мало кто из производителей согласится на это. Впрочем, учёные работают над тем, чтобы создать материал, которые удовлетворит потребности промышленности и в то же время станет новым шагом вперёд как в медицине, так и в вопросах экологии, которые особенно остро встали в последнее десятилетие вместе с развитием электронной отрасли.
Источник: phys.org
© 4PDA
