Flexibele elektronica uit de foundry?

De massaproductie van siliciumchips vindt plaats in foundries. Volgens KU Leuven en imec is dit foundry-model ook geschikt flexibele, dunnefilmelektronica. ‘De implementatie van deze aanpak zou innovatie in dit domein een enorme impuls geven.’

De ontwikkeling van dunnefilmtransistortechnologie (TFT’s) is vergevorderd, maar het potentieel van mogelijke toepassingen blijft vooralsnog onderbenut. Momenteel worden TFT’s voornamelijk op grote schaal geproduceerd met als doel ze te integreren in displays van smartphones, laptops en smart-tv’s, waar ze worden gebruikt om pixels individueel aan te sturen. Dit beperkt de vrijheid van chipontwerpers die dromen van het gebruik van TFT’s in flexibele microchips en de ontwikkeling van innovatieve, op TFT-gebaseerde toepassingen. “Dit gebied zou enorm gebaat zijn bij een foundry-bedrijfsmodel vergelijkbaar met dat van de conventionele chipindustrie,” zegt professor Kris Myny (KU Leuven-onderzoeksgroep ES&S-COSIC, Campus Diepenbeek / imec).

TFT-gebaseerde microprocessor

Dit model vormt het kloppend hart van de wereldwijde microchipmarkt. Grote producenten van halfgeleiders (de foundries) richten zich op de massaproductie van chips op siliciumwafers. Deze worden door hun klanten ontworpen en geïntegreerd in de toepassingen. Dankzij dit bedrijfsmodel hebben deze bedrijven toegang tot complexe halfgeleiderfabricage om exact die chips te laten maken die ze nodig hebben.

Volgens Myny is zo’n bedrijfsmodel ook toepasbaar op de productie van dunnefilmelektronica. Ze hebben een specifieke op TFT-gebaseerde microprocessor ontworpen en laten produceren in twee foundries, waarna ze deze met succes hebben getest. Hun onderzoekspaper is gepubliceerd in Nature.

Innovatie versnellen

De microprocessor die de onderzoekers hebben gebouwd, is de iconische MOS 6502. Tegenwoordig is deze chip een ‘museumstuk’, maar in de jaren ’70 was het de drijvende kracht in de eerste Apple-, Commodore- en Nintendo-computers. De groep ontwikkelde de 6502-chip in een wafer-gebaseerde foundry en een display-plaat-gebaseerde foundry. In beide gevallen werden de chips op het substraat vervaardigd samen met andere chips, de zogenaamde multiproject-methode. 

De experimentele chip is minder dan 30 micrometer dik. Eén van de potentiële toepassingen is een ultradunne, medische wearable, bijvoorbeeld om de activiteit van het hart of de spieren te meten. Ze zouden aanvoelen als een sticker.

Hoewel de prestaties van de 6502-microprocessor niet vergelijkbaar zijn met moderne exemplaren, toont dit onderzoek aan dat de multiproject-methode ook mogelijk is voor het ontwerp en de productie van flexibele chips, analoog aan de werkwijze in de conventionele chipindustrie.