Desbloqueando o design flexível de chips por meio de eletrônicos de filme fino

Eletrônicos e Sensores INSIDER
O grupo desenvolveu o chip 6502 em um wafer (à direita) e em uma placa (no meio). (Imagem:© KU Leuven-imec)
Os semicondutores de silício tornaram-se o “petróleo” da era da informática, como foi demonstrado recentemente pela crise de escassez de chips. No entanto, uma das desvantagens dos chips de silício convencionais é que eles não são mecanicamente flexíveis. Por outro lado, temos o campo da eletrônica flexível, que é impulsionado por uma tecnologia alternativa de semicondutores:o transistor de película fina (TFT). As aplicações nas quais os TFTs podem ser usados ​​são inúmeras:desde patches de saúde vestíveis e neurossondas até microfluídica digital e interfaces robóticas até monitores dobráveis ​​e eletrônicos da Internet das Coisas (IoT).

A tecnologia TFT evoluiu bem, mas, ao contrário da tecnologia convencional de semicondutores, o potencial para utilizá-la em diversas aplicações quase não foi explorado. Na verdade, os TFTs são atualmente produzidos principalmente em massa com o objetivo de integrá-los em telas de smartphones, laptops e smart TVs — onde são usados ​​para controlar pixels individualmente. Isso limita a liberdade dos projetistas de chips que sonham em usar TFTs em microchips flexíveis para criar aplicações inovadoras baseadas em TFT. “Este campo pode se beneficiar enormemente de um modelo de negócios de fundição semelhante ao da indústria de chips convencionais”, disse Kris Myny, professor da unidade de tecnologias emergentes, sistemas e segurança da KU Leuven em Diepenbeek, e professor convidado do Centro Interuniversitário de Microeletrônica (imec).

No centro do mercado mundial de microchips está o chamado modelo de fundição. Neste modelo de negócio, grandes fábricas de semicondutores (fundições) concentram-se na produção em massa de chips em pastilhas de silício. Estes são então utilizados pelos clientes das fundições – as empresas que projetam e encomendam os chips – para integrá-los em aplicações específicas. Graças a este modelo de negócios, essas empresas têm acesso à fabricação complexa de semicondutores para projetar os chips de que necessitam.

O grupo de Myny mostrou que tal modelo de negócio também é viável no campo da electrónica de película fina. Eles projetaram um microprocessador específico baseado em TFT e o produziram em duas fundições, após o que o testaram com sucesso em seu laboratório. O mesmo chip foi produzido em duas versões, baseadas em duas tecnologias TFT separadas (usando substratos diferentes), ambas convencionais. Seu artigo de pesquisa foi publicado na Nature .

O microprocessador que Myny e os seus colegas construíram é o icónico MOS 6502. Hoje este chip é uma ‘peça de museu’, mas nos anos 70 foi o motor dos primeiros computadores Apple, Commodore e Nintendo. O grupo desenvolveu o chip 6502 em um wafer (usando óxido de índio-gálio-zinco amorfo) e em uma placa (usando silício policristalino de baixa temperatura). Em ambos os casos os cavacos foram fabricados no substrato juntamente com outros cavacos (projetos). Essa abordagem de múltiplos projetos permite que as fundições produzam diferentes chips sob demanda dos projetistas em substratos únicos.

O chip feito pelo grupo de Myny tem menos de 30 micrômetros de espessura, menos que um fio de cabelo humano. Isso o torna ideal, por exemplo, para aplicações médicas, como adesivos vestíveis. Esses wearables ultrafinos podem ser usados ​​para fazer eletrocardiogramas ou eletromiogramas, para estudar a condição do coração e dos músculos. Eles pareceriam um adesivo, enquanto os patches com um chip à base de silício sempre pareceriam nodosos.

Embora o desempenho do microprocessador 6502 não seja comparável ao dos modernos, esta pesquisa demonstra que chips flexíveis podem ser projetados e produzidos em uma abordagem de múltiplos projetos, de forma análoga à forma como isso acontece na indústria de chips convencionais. Myny conclui:“Não competiremos com chips baseados em silício, queremos estimular e acelerar a inovação baseada em componentes eletrônicos flexíveis e de película fina”.

Fonte