3D-Origami-Schaltkreise könnten elektronische Designs revolutionieren

Origami, die bekannte japanische Kunst des Papierfaltens, erzeugt komplexe 3D-Strukturen aus flachem 2D-Papier. Während die Schaffung eines Papierschwans faszinierend sein mag, ist die Idee, 3D-Schaltkreise basierend auf ähnlichen Designprinzipien zu erstellen, einfach umwerfend. Diese nach Science-Fiction klingende Forschung ist ein Projekt, das Jiwoong Park und Kollegen von der University of Chicago in den letzten Jahren entwickelt haben.

Parks Fokus auf groß angelegte Synthese und Geräteherstellung unter Verwendung ultradünner Materialien hat zu Verbesserungen bei 2D-Modellen und der Einführung vertikal integrierter 3D-Geräte geführt. Er wird die Einzelheiten ihres Schaltungsaufbaus und seiner möglichen Anwendungen auf dem 64. Internationalen Symposium und der Ausstellung AVS vorstellen, das vom 29. Oktober bis 29. November stattfindet. 3, 2017, in Tampa, Florida.

Benutzen Atomar dünne Materialien, Park synthetisiert großen Maßstab integrierte Schaltkreise die seitlich zu einem 2D-Modul zusammengenäht werden können. In seinem jüngsten Projekt hat sein Team diese 2D-Module vertikal integriert, um 3D-Stacks zu erzeugen.

Schaltkreise wurden traditionell auf der Grundlage sperriger Substratplattformen wie Silizium entwickelt und waren bis vor Kurzem nicht in der Lage, unabhängig zu funktionieren. Schaltkreise, die nur auf atomar dünnen Materialien basieren, befreien die Forschung von diesen herkömmlichen Einschränkungen. Die Kombination verschiedener ultradünner Bausteine ermöglicht außerdem die Integration unterschiedlicher elektrischer und thermischer Eigenschaften innerhalb derselben Schaltung, wodurch die Funktionalität exponentiell gesteigert wird.

„Für unsere Forschung erzeugen wir zunächst atomar dünne Papier mit unterschiedlichen Farben, die unterschiedliche elektrische, optische oder thermische Eigenschaften darstellen. Wir kombinieren sie in seitlicher Richtung, gleichbedeutend mit einer Naht. Wir stapeln sie übereinander, was einer vertikalen Integration entspricht. Auf diese Weise versuchen wir, großformatige, voll funktionsfähige integrierte Schaltkreise zu entwickeln, die diese atomar dünnen Materialien als 2D-Bausteine oder Farbpapier verwenden“, sagte Park.

Die Verwendung dieser ultradünnen MaterialienIm Gegensatz zu typischen Komponenten und Ressourcen ermöglicht es einen kleineren Schaltkreis, der jedoch überraschenderweise nicht mikroskopisch klein und daher schwer zu manipulieren ist. Die 2D-Zutaten sind so zusammengesetzt, dass sie mit einem einfachen optischen Mikroskop oder sogar mit bloßem Auge betrachtet und entsprechend gehandhabt werden können.

Auch die Einsatzmöglichkeiten dieser Technologie sind vielfältig. Ähnlich wie das Falten auch bei Gegenständen des täglichen Lebens, wie etwa Regenschirmen oder Fallschirmen, integriert ist Schaltkreise wäre in der Lage, eine große Oberfläche in einem relativ kompakten Volumen aufzunehmen. Die Funktionalität in diesem Zusammenhang könnte auf eine Vielzahl neuer Geräte angewendet werden, indem die Fähigkeiten komprimierter Schaltkreise genutzt werden.

„Wir sind daran interessiert, diesen Mechanismus zu entwickeln, bei dem alle diese Oberflächen und Geräteelemente auf engstem Raum zusammengefaltet werden. Auf unser Stichwort wollen wir, dass sie auf wirklich großen Funktionsflächen eingesetzt werden“, sagte Park.