Bioafbreekbare flexibele silicium transistoren

Gebruikers van mobiele elektronische toestellen hebben de neiging deze met regelmaat te vervangen, als er nieuwe uitvoering met meer functionaliteit en gebruiksgemak op de markt komen. Alleen al in de VS worden jaarlijks meer dan 152 Miljon tostellen afgedankt en daarvan wordt slechts 10% gerecycled. Deze afdankers bevatten een enorme hoeveelheid niet-afbreekbare grondstoffen, zoals sterk gezuiverd silicium.

Researchers van de University of Wisconsin-Madison proberen een oplossing te vinden voor deze belasting van het milieu. Zij demonstreerden de haalbaarheid van dunnefilm microgolftransistoren van een flexibel, transparant substraat, die biologisch kunnen worden afgebroken. Het substraatmateriaal, nanofibril cellulose (CNF), is een houtvezel.

In een artikel Applied Physics Letters beschrijven de onderzoekers de component.

"We ontdekten dat CNF-transistoren superieure prestaties vertonen, zoals die van conventioneel silicium transistoren", zegt teamleider professor Zhenqiang ‘Jack’ Ma. "En ze zijn heel veilig: als je ze in het bos achterlaat zullen ze snel worden afgebroken door schimmels. Dan zijn ze zo veilig als compost."

Cellulose nanofibril is een duurzaam, sterk en transparant nanomateriaal. Vergeleken met andere polymeren, zoals kunststoffen, is het houtmateriaal biocompatibel en het heeft een relatief lage thermische expansiecoëfficiënt. De vorm zal dus niet veranderen als de temperatuur stijgt en daalt. Door al deze superieure eigenschappen is het materiaal een uitstekende kandidaat voor groen elektronica.

Het team van Ma gebruikte silicium nanomembranen als actief materiaal in de transistor – stukjes ultradunne film, afgepeld van het bulkkristal en gelijmd op het cellulose nanofibril substraat. Zo ontstond een flexibele, bioafbreekbare en transparante silicium transistor.

Maar om draagbare elektronica te maken moet de transistor kunnen werken op microgolffrequenties – het werkgebied van de meeste mobiele toestellen. Daarom voerden de onderzoekers een reeks experimenten uit, zoals een meting van de spanning/stroomkarakteristieken, om de eigenschappen van de component te bestuderen. Het bleek dat de transistor beschikt over prima microgolf-eigenschappen, vergelijkbaar met die van al gangbare transistoren.

Ma wil nu complexere circuits ontwikkelen met de bioafbreekbare transistoren.

Het artikel  "Microwave Flexible Transistors on Cellulose Nanofibrillated Fiber Substrates" is geschreven door Jung-Hun Seo, Tzu-Hsuan Chang, Jaeseong Lee, Ronald Sabo, Weidong Zhou, Zhiyong Cai, Shaoqin Gong, en Zhenqiang Ma en is verschenen in het tijdschrift Applied Physics Letters, http://scitation.aip.org/content/aip/journal/apl/106/26/10.1063/1.4921077