Dehnbare Silizium-Chips für flexible Elektronik entwickelt

Forscher der University of Illinois at Urbana-Champaign (UIUC) haben erstmals einen flexiblen Chip auf Silizium-Basis entwickelt. Er kann ohne Leistungsverluste in komplexe Formen gebracht werden, beispielsweise in die einer Sphäre oder von Körperteilen.

„Die Annahme, dass Silizium nicht für solche Anwendungen geeignet ist, weil es inhärent zu brüchig und steif ist, wurde damit widerlegt“, sagt der an der Entwicklung beteiligte Professor John Rogers. Damit eröffneten sich der langjährig bewährten Silizium-Elektronik neue Anwendungsmöglichkeiten.

Die Forscher haben sich bei der Entwicklung daran orientiert, dass dünnere Materialien in der Regel auch flexibler sind: Der Chip ist lediglich 1,5 Mikrometer dick. „Wir haben zudem herausgefunden, wie wir hochwertige Elektronik von den üblichen, steifen, brüchigen Halbleiter-Wafern trennen und sie mit weichem Gummi verbinden“, erklärt Rogers. Das Silizium werde dabei auf einen deformierten Gummiträger aufgebracht, der danach wieder entspannt werde. Das Ergebnis seien Schaltkreise mit einer Art Wellenstruktur, die voll reversibel gedehnt oder komprimiert werden könnten. Laut Rogers ist die Leistung mit der 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, da die Schaltkreise rigide waren. Das Team lege mit seinen Forschungsbemühungen den Schwerpunkt auf diesen Bereich. Ein Beispiel sei eine Zusammenarbeit mit Brian Litt an der University of Pennsylvania im Bereich der Diagnose und Therapie bei Epilepsie. „Wir arbeiten an dehnbaren Platten mit Sensoren und Elektronik, die direkt an der Oberfläche des Gehirns eines Epilepsiepatienten integriert werden können“, erklärt Rogers. Ziel sei es, durch Beobachtung der Gehirntätigkeit epileptische Anfälle vorhersagen und durch elektrische Stimulation sogar verhindern zu können. Auch wenn das noch nicht gelungen sei, gebe es bereits erste Prototypen der benötigten Schaltkreise.

Die aktuelle Forschungsarbeit wurde in der Online-Ausgabe des Magazins Science veröffentlicht. Sie baut auf einer rund zwei Jahre alten Arbeit auf. Gemeinsam mit noch zu veröffentlichen Forschungsergebnissen bildet sie „eine Roadmap, um beinahe jede mechanische Charakteristik in Schaltkreisen von beinahe beliebiger Komplexität zu erreichen“, so Rogers. Der Wissenschaftler 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.“