Desbloqueando Design de Chips Flexíveis Através de Eletrônica de Filme Fino

Electronics & Sensors INSIDER

O grupo desenvolveu o chip 6502 em um wafer (direita) e em uma placa (meio). (Imagem: © KU Leuven-imec)

Semicondutores de silício se tornaram o 'petróleo' da era da computação, 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, você tem o campo de eletrônica flexível, que é impulsionado por uma tecnologia semicondutora alternativa: o transistor de filme fino (TFT). As aplicações nas quais TFTs podem ser usados são legionárias: de patches de saúde vestíveis e neuroprobes a microfluídica digital e interfaces robóticas a displays dobráveis e eletrônicos Internet of Things (IoT).

A tecnologia TFT evoluiu bem, mas diferente da tecnologia semicondutora convencional, o potencial de usá-la em várias aplicações mal foi explorado. Na verdade, TFTs são atualmente produzidos em massa principalmente com o propósito de integrá-los em displays de smartphones, laptops e smart TVs — onde são usados para controlar pixels individualmente. Isso limita a liberdade de designers 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 negócio de foundry similar ao da indústria de chips convencional," disse Kris Myny, professor da unidade de Tecnologias Emergentes, Sistemas e Segurança da KU Leuven em Diepenbeek, e professor convidado no Centro de Microeletrônica Interuniversitário (imec).

O Modelo Foundry

No coração do mercado mundial de microchips está o chamado modelo foundry. Neste modelo de negócio, grandes plantas de fabricação de semicondutores (foundries) focam na produção em massa de chips em wafers de silício. Estes são então usados pelos clientes das foundries — as empresas que projetam e encomendam os chips — para integrá-los em aplicações específicas. Graças a este modelo de negócio, estas empresas têm acesso a fabricação semicondutora complexa para projetar os chips que precisam.

O grupo de Myny mostrou que tal modelo de negócio também é viável no campo de eletrônica de filme fino. Eles projetaram um microprocessador específico baseado em TFT, e o fizeram produzir em duas foundries, 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 diferentes substratos) que são ambas mainstream. Seu artigo de pesquisa é publicado na Nature.

O microprocessador que Myny e seus colegas construíram é o icônico MOS 6502. Hoje este chip é uma 'peça de museu', mas nos anos 70 era o driver 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 chips foram fabricados no substrato junto com outros chips (projetos). Esta abordagem multi-projeto permite que foundries produzam diferentes chips sob demanda de designers em substratos únicos.

O chip que o grupo de Myny fez tem menos de 30 micrômetros de espessura, menos que um fio de cabelo humano. Isso o torna ideal para, por exemplo, aplicações médicas como patches vestíveis. Tais vestíveis ultra-finos podem ser usados para fazer eletrocardiogramas ou eletromiogramas, para estudar a condição do coração e músculos. Eles pareceriam apenas um adesivo, enquanto patches com chip baseado em silício sempre parecem nodosos.

Embora o desempenho do microprocessador 6502 não seja comparável com os modernos, esta pesquisa demonstra que chips flexíveis podem ser projetados e produzidos em uma abordagem multi-projeto, análoga à forma como isso acontece na indústria de chips convencional. Myny conclui: "Não competiremos com chips baseados em silício, queremos estimular e acelerar inovação baseada em eletrônica flexível de filme fino."

Fonte