伸縮性のある集積エレクトロニクスが、半導体を挟むことで可能になるかもしれない(Stretchy integrated electronics may be possible with sandwiched semiconductor)

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2023-07-23 ペンシルベニア州立大学(PennState)

◆ペンシルベニア州立大学の研究チームが、完全に柔軟な電子システムの実現に向けた課題を克服する方法を見つけました。弾性のある電子システムは、先進的な人間と機械のインターフェース、人工皮膚、スマートヘルスケアなどに必要ですが、脆弱な半導体が問題でした。
◆研究者は、n型半導体をゴム状の素材(エラストマー)で挟むことで、その脆弱性を補償し、完全に伸縮可能なシステムに近づく手法を開発しました。この技術により、集積回路の製造などに欠かせない伸縮性のある半導体が実現され、環境中でも安定して動作します。今後は、この新しい材料の性能をさらに改善し、より微細な構造欠陥を持つ材料を開発していく予定です。

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伸縮可能なn型エラストマー-半導体-エラストマーのスタックに基づく伸縮性集積エレクトロニクス Elastic integrated electronics based on a stretchable n-type elastomer–semiconductor–elastomer stack

Hyunseok Shim,Kyoseung Sim,Binghao Wang,Yongcao Zhang,Shubham Patel,Seonmin Jang,Tobin J. Marks,Antonio Facchetti & Cunjiang Yu
Nature Electronics  Published:15 May 2023
DOI:https://doi.org/10.1038/s41928-023-00966-4

extended data figure 1

Abstract

Elastic integrated electronics are of potential use in a range of emerging applications, particularly those that require devices that can form an interface with soft biological tissue. The development of such devices has typically focused on the creation of stretchy p-type semiconductors, and the lack of suitable stretchy n-type semiconductors limits the potential of stretchable integrated systems. Here we show that a brittle n-type organic semiconductor can be made mechanically stretchable by integrating into a stack with an elastomer–semiconductor–elastomer architecture. The structure suppresses the formation and propagation of microcracks and can be stretched by up to 50% with negligible loss of performance. It also improves the long-term stability of the semiconductor in an ambient environment. We use the n-type elastomer–semiconductor–elastomer stack, together with other stretchy electronic materials, to build elastic transistors, digital logic gates, complementary electronics, p–n photodetectors and an active matrix multiplexed deformable imager.

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