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Silicio expandible
Un nuevo diseño para chips basados en silicio permite estirarlos mecánicamente para cubrir grandes áreas. Estos chips expandidos, que podrían tener miles de veces el tamaño del original, podrían usarse para fabricar paneles solares, redes de sensores y televisores de pantalla plana más baratos.
Chips en crecimiento: Los investigadores han construido chips (arriba) que se pueden expandir para aplicaciones de gran área (abajo).
Los chips, construidos por investigadores de la Universidad de Stanford, consisten en islas flotantes de silicio rodeadas por bobinas de alambre de silicio. Cada isla se puede procesar para incluir transistores, sensores o materiales para pequeñas células solares. Cuando se tira de las esquinas del chip, las bobinas alrededor de las islas de silicio se desenrollan. Mientras lo hacen, las islas, que comienzan casi tocándose entre sí, se separan. El resultado final es una matriz de dispositivos de silicio en forma de red.
Hasta ahora, los investigadores han demostrado matrices que son 50 veces más grandes que el chip original, pero han estado limitadas por el tamaño de su equipo de laboratorio. Peter Peumans , el profesor de ingeniería eléctrica en Stanford que dirigió el trabajo, dice que los chips se podrían hacer para expandirse miles, o incluso decenas de miles, de veces. El trabajo de Peumans se presentó esta semana en la reunión internacional de dispositivos electrónicos en Washington, DC.
Redes de silicona: Utilizando técnicas convencionales de procesamiento de silicio, los investigadores de la Universidad de Stanford han construido chips que consisten en islas de silicio rodeadas por bobinas de silicio. La imagen superior izquierda muestra una de esas islas de silicio, y la imagen inferior izquierda muestra el chip completo compuesto por una matriz de estas islas. Cuando se tira de las esquinas del chip, las bobinas se desenrollan y las islas se separan. La red terminada se muestra en la parte inferior derecha. La imagen superior derecha muestra las bobinas completamente desenrolladas.
El trabajo consiste en tomar el concepto de circuito integrado que ha tenido tanto éxito en microelectrónica y adaptarlo a aplicaciones de gran superficie, dice Marc Baldo , profesor de ingeniería eléctrica en el MIT. La industria de los semiconductores se ha destacado por empaquetar más transistores de alto rendimiento en un espacio determinado, reduciendo el costo por transistor en el proceso. Pero muchas aplicaciones requieren que los transistores y otros dispositivos basados en silicio estén más distribuidos.
Por ejemplo, los televisores de pantalla plana necesitan millones de transistores distribuidos para controlar cada píxel. Para los televisores LCD, ha sido posible utilizar transistores de rendimiento relativamente bajo, que se pueden fabricar depositando silicio amorfo en grandes piezas de vidrio. Pero la próxima generación de pantallas más brillantes, más coloridas y con mayor eficiencia energética, como las pantallas LED orgánicas, requiere transistores de rendimiento mucho más altos creados a partir de silicio de mayor calidad, que puede ser extremadamente costoso, por lo que no es práctico revestir una pantalla completa con eso. Con el método de Peumans, podría ser posible utilizar solo una pequeña cantidad de silicio de alta calidad, reduciendo así los costos. Además, los dispositivos ya están conectados entre sí. Esa es una ventaja importante sobre algunos otros métodos para fabricar dispositivos electrónicos de área grande, ya que el cableado de dispositivos electrónicos de área grande puede ser muy costoso, dice Baldo.
La capacidad de utilizar menos silicio y de formar matrices ordenadas de dispositivos de silicio precableados también podría ser útil para fabricar paneles solares más baratos. En los paneles solares convencionales, la luz se absorbe porque todo el panel está recubierto con silicona de alta calidad. Ahora, varias empresas están reduciendo la cantidad de silicio necesaria al concentrar la luz solar en chips de silicio más pequeños. Por ejemplo, una empresa fabrica una serie de pequeñas lentes que enfocan la luz en células solares de silicio aún más pequeñas. Peumans dice que su método ofrece una forma más económica de fabricar tales matrices de células solares. A principios de este año, fundó una empresa llamada NetCrystal, con sede en Mountainview, CA, para fabricar dichos paneles, que espera que se puedan crear por un tercio del costo de los paneles actuales.
Peumans también está trabajando con Boeing desarrollar redes de sensores para aviones. El objetivo es distribuir sensores de alto rendimiento basados en silicio entre las capas de los materiales compuestos que forman las alas y otras partes de los aviones nuevos, como el Boeing 787. Estos sensores se utilizarían para determinar si los materiales se están agrietando o están agrietados. delaminación. Los sensores podrían disminuir el tiempo de inactividad para las inspecciones y ayudar al equipo de mantenimiento a detectar problemas antes, dice Peumans.
La tecnología de Peumans no es el primer intento de fabricar productos electrónicos de gran superficie. Sin embargo, otros enfoques tienden a producir dispositivos que están considerablemente por debajo del rendimiento del silicio monocristalino de calidad de chip. Algunos investigadores, por ejemplo, están desarrollando métodos económicos que utilizan técnicas de impresión comerciales para depositar tintas semiconductoras inorgánicas u orgánicas. Pero los mejores dispositivos basados en tinta inorgánica funcionan en un orden de magnitud peor que el silicio monocristalino, mientras que los transistores basados en tinta orgánica son mil veces peores.
El mayor obstáculo en el desarrollo del enfoque de Peumans fue demostrar que las bobinas alrededor de las islas de silicio serían lo suficientemente fuertes como para no romperse al desenrollarse, pero demostró una forma de tratar las bobinas para hacerlas más fuertes. El siguiente paso es demostrar el funcionamiento de los dispositivos. Ya ha desarrollado prototipos de células solares y está trabajando en asociaciones para desarrollar otras aplicaciones.