Conny Zschage
Seit Ewigkeiten versuchen Wissenschaftler eine Methode zu finden, um dünne, elektronische Bauteile z.B. Chips flexibel herzustellen. Denn klassische, eckige, starre Elektronik ist sehr limitiert, wenn sie beispielsweise in Menschen zum Einsatz kommt. Durch eine neue Technik haben es Forscher der Stanford Universität nun geschafft flexible Schaltkreise zu entwickeln, die die Zukunft für viele Technologien sein könnten.
Kalifornien, (U.S.A.). Die Grundidee ist eigentlich ganz einfach: Auf ein elastisches Material wie eine dünne Platte aus Gummi werden Halbleiter und elektrische Kontakte gesetzt. Das Ergebnis: Ein elektrisches Bauteil, welches gebogen und verdreht werden kann. Doch in der Umsetzung ist dies viel schwieriger.
Um sehr dünne und mikroskopisch kleine Chips und Schaltkreise auf entsprechenden Materialien zu befestigen, wird mit chemischer Gasphasenabscheidung gearbeitet. Dabei wird ein Stoff so stark erhitzt, dass er gasförmig ist und dann in Kontakt mit einem zu beschichtenden Material gebracht. Der gasförmige Stoff reagiert mit der Oberfläche des Materials und haftet daran. Dadurch können winzige Schichten des Stoffes auf das Material aufgetragen werden. Dieser Prozess funktioniert nur bei ausgewählten Materialien, kann dort aber zu beeindruckenden Ergebnissen führen. So können sehr dünne, aber ultrabeständige Legierungen kreiert, oder winzige Bauteile erstellt werden.
Für die Herstellung winziger Chips kann ein elektronenleitendes Material auf z.B. Silikon aufgetragen werden, um so mikroskopisch große Schaltkreise herzustellen. Eines dieser Materialien ist Molybdändisulfid. Es ist ein 2D-Material, besteht also nur aus einer einzigen Schicht Atome. Es kann außerdem zur Herstellung winziger Transistoren benutzt werden. Dadurch können theoretisch integrierte Schaltkreise gebaut werden, die nur einige Nanometer groß sind und sich deshalb perfekt für eine Anwendung im menschlichen Köper eignen.
Doch abgesehen davon, dass die Technologie noch in Kinderschuhen steckt, müsste das Molybdändisulfid auf mindestens 850 °C erhitzt werden, um damit ein Material wie flexiblen Kunststoff zu beschichten. Der geeignetste Kandidat für eine Beschichtung mit Molybdändisulfid sind Polyimide, eine Kunststoffart, die flexibel und sehr resistent gegen alle möglichen Einwirkungen ist. Doch es gibt ein Problem: Polyimide schmelzen bereits lange vor 850 °C, die für die Beschichtung benötigt sind. Sie können also unmöglich direkt mit Molybdändisulfid beschichtet werden.
Wissenschaftler der Stanford Universität haben nun eine Methode entwickelt, um Polyimide auf andere Weise mit Molybdändisulfid zu kombinieren. Dafür wird erst ein nicht flexibles Material, unter anderem Silikon, durch chemische Gasphasenabscheidung mit Molybdändisulfid beschichtet. Nachdem es abgekühlt ist, wird ein Polyimid hinzugefügt. Das Molybdändisulfid haftet am Polyimid und nachdem Wasser hinzugefügt wurde, kann der Kunststoff vom Silikon abgezogen werden.
Das Ergebnis: Elektrische Schaltkreise und Halbleiter auf einem flexiblen Material. Nach einigen weiteren Behandlungen kann diese Kombination kann nun für alle möglichen Einsatzmöglichkeiten verwendet werden. Die beeindruckende Methode stellen die Forscher in einer Studie vor, welche im Fachmagazin Nature Electronics veröffentlicht wurde. In Zukunft könnten die flexiblen Nanochips als Basis für bahnbrechende Technologien genutzt werden.
Nature Electronics, doi: 10.1038/s41928-021-00598-6
