반도체 섬유는 파손되지 않고 유리로 덮여 있습니다 – Physics World

싱가포르와 중국의 연구원들은 유리 클래딩 내부에서 매우 길고 파손되지 않는 반도체 섬유를 생산했습니다. 유리를 식각하고 이를 금속 와이어가 내장된 유연한 폴리머 피복으로 교체함으로써 연구원들은 직물로 만들 수 있는 미세 규모의 섬유를 생산할 수 있었습니다. 섬유 기반 전자 제품을 생산하기 위한 오랜 탐구를 바탕으로 하는 이 연구는 스마트 의류, 의료 기기 및 잠재적으로 포토닉스에 응용될 수 있습니다.

영국 사우샘프턴 대학에서 안식년을 보낸 뒤 미국 펜실베니아 주립대학 화학자 존 바딩(John Badding)이 광학유리 내부에 반도체를 넣은 최초의 섬유를 개발했다. 그는 중공 코어 광섬유 내부에 다양한 재료를 배치하기 위해 고압 화학 기상 증착을 사용했습니다. “[배딩]이 저한테 와서 '이거 괜찮나요?'라고 하더라고요. 그리고 저는 '농담이군요. 정말 놀랍습니다!'라고 말했습니다. 그리고 우리는 협력을 시작했습니다."라고 재료 과학자이자 엔지니어는 말합니다. 벤카트라만 고팔란, 또한 Penn State의 것입니다. 그러나 섬유의 느린 생산 속도로 인해 이 기술이 방해를 받았고, 57년 Badding이 2019세로 갑작스럽게 사망한 후 협업이 사실상 종료되었습니다.

2008에서 존 발라토 사우스 캐롤라이나 클렘슨 대학교(Clemson University)의 연구진은 실리콘과 게르마늄 광섬유를 생산하기 위한 용융 코어 방법을 개발했습니다. 두 재료는 녹는점 1000°C 이상으로 가열됩니다. 용융된 실리콘은 섬유로 끌어당겨져 유리에 주입되고 두 개의 고체가 냉각되면서 하나의 고체가 다른 고체를 둘러쌉니다. 이 방법을 사용하면 매분 수십 미터를 생산할 수 있으며 섬유는 의료용 레이저, 비선형 광학 및 기타 다양한 응용 분야에서 관심을 끌고 있습니다. 한 가지 문제는 반도체와 유리 사이의 열팽창 계수 차이로 인해 반도체가 냉각되면서 파손된다는 점입니다. 이로 인해 광학적 손실이 발생하고 섬유가 부서지지 않고 유리를 제거하는 것이 불가능해집니다.

새로운 연구 크래킹

새로운 연구에서 싱가포르 난양기술대학교, 중국 지린대학교 및 기타 지역의 연구원들은 이 균열에 대한 철저한 연구를 수행했습니다. "우리는 핵심 요소가 무엇인지 설명하는 데 도움을 준 기계 전문가와 협력했습니다."라고 말합니다. 레이 웨이 난양 기술 대학교. 이러한 향상된 이론적 이해를 통해 연구자들은 예를 들어 게르마늄을 피복하기 위해 알루미노실리케이트 유리를 선택할 수 있었습니다. 그 결과 균열 없이 유리로 둘러싸인 긴 반도체 와이어가 탄생했습니다.

미래에 연구원들은 이러한 유리 피복 섬유가 포토닉스에 유용할 수 있다고 믿습니다. 그러나 본 논문에서는 유리를 에칭하여 실리콘 와이어의 두께를 100 마이크론 미만으로 남겨 두었습니다. "전자 제품의 경우 반도체만으로는 작동하지 않습니다. 반도체와 통신하려면 금속 접점이 필요합니다."라고 Wei는 말합니다. 따라서 그들은 전도성 폴리머에 내장된 두 개의 금속 와이어를 반도체에 부착하고 절연 폴리머에 세 개의 리드를 함께 내장하기 위해 저온 공정을 사용했습니다. 그 결과 실로 방적할 수 있는 유연한 광전자 섬유가 탄생했습니다.

팀은 다른 직물에 짜여진 원사를 포함하는 여러 장치를 생산했습니다. 한 가지 예로는 교통 신호등의 빛을 감지하고 신호가 빨간색인지 녹색인지를 나타내는 휴대폰의 진동 신호를 생성할 수 있는 비니 모자가 있습니다. 그들은 이것이 시각 장애인에게 도움이 될 수 있다고 생각합니다. 또 다른 하나는 사람의 심장 박동을 측정할 수 있는 스마트워치 스트랩이었습니다.

워셔블 트랜지스터가 다음 단계가 될 수 있다

그들은 또한 기술이 실용적인 회복력을 가지고 있음을 보여주었습니다. Lei Wei는 "우리는 기기를 세탁기에 넣었습니다. 여러 번 세탁해도 원래 성능을 그대로 유지합니다."라고 말합니다. 연구원들은 이제 전자 회로를 보다 직접적으로 통합할 수 있도록 광섬유 내부에 트랜지스터를 제작하려고 시도하고 있습니다.

반도체 접합이 집적된 광섬유 개발

Ballato는 연구에 열정적입니다. “저는 이 그룹을 15년 동안 알고 있었기 때문에 이 작업의 우수성에 놀라지 않습니다.”라고 그는 말합니다. "그들은 이러한 중요하지만 다소 학문적인 개념을 받아들여 섬유 자체의 확장성을 검증하는 매우 유용하고 중요한 방식으로 이를 실천에 옮길 수 있었습니다."

그는 다양한 처리 조건이 필요한 재료를 단일 구조로 결합하는 팀의 능력에 가장 깊은 인상을 받았습니다. "이 새로운 툴킷을 통해 그들은 실용적이고 기능적인 장치를 개발하는 데 사용할 수 있는 능력에서 다른 누구보다 앞서 있습니다"라고 그는 말합니다.

"이것은 매우 흥미롭습니다. John [Badding]은 이것을 보고 매우 기뻤을 것입니다!" 고팔란은 말합니다. 그는 현재의 섬유가 신호 전송에 실제적으로 사용하기에는 너무 두꺼울 것이라고 말하면서도 감지 및 이미징을 위해 이 기술이 실질적인 가능성을 보여주고 있다고 믿고 있으며 용융된 코어 프로세스가 충분히 순수하고 얇은 섬유를 생성하지 못할 수도 있다고 의심합니다. 신호 전송이 전혀 되지 않습니다. 다음 단계는 "이러한 섬유의 기본 전자 및 광학 특성을 철저히 특성화하는 것"이라고 그는 말합니다. "이것이 응용 분야가 어디에 있는지 결정할 것입니다."

제작 과정은 에 설명되어 있습니다. 자연.

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• 출처: https://physicsworld.com/a/semiconductor-fibres-are-fracture-free-and-glass-clad/