Лазерная печать микросхем как альтернатива кремнию

27.04.2026

Индустрия электроники постепенно уходит от исключительно кремниевых и пластиковых решений в сторону более гибких, дешевых и экологичных материалов. Одним из наиболее необычных направлений стала так называемая бумажная электроника, где привычный лист бумаги превращается в основу для работающих электронных схем. Именно в этой области исследователи из Лаборатории биоэлектроники и микросхем Бингемтонского университета предложили принципиально новый подход к созданию микросхем.

Ученые разработали технологию, при которой электронные схемы формируются прямо на пергаментной бумаге с помощью стандартного углекислотного лазера. Особенность используемого материала заключается в тонком силиконовом покрытии, придающем бумаге гидрофобные свойства и защищающем ее от влаги. Лазер точечно удаляет это покрытие, создавая рисунок будущей схемы и обнажая целлюлозные волокна, способные впитывать жидкость.

Далее в образованные лазером микроскопические каналы вводятся водные чернила, которые формируют функциональные элементы: резисторы, конденсаторы, а также электрические соединения и более сложные аналоговые схемы. Как объясняет руководитель проекта, профессор Сокхеун Чой, лазер фактически "программирует" бумагу, делая ее либо проводящей, либо изолирующей в строго заданных областях.

Эта разработка стала итогом более чем десятилетней работы в направлении, которое сам Чой называет бумажной электроникой. С самого начала исследований в Бингемтонском университете он ставил вопрос о том, может ли бумага заменить традиционные материалы в одноразовых электронных устройствах, сочетая функциональность с экологичностью и низкой стоимостью производства.

Первые шаги в этом направлении были сделаны еще в 2015 году, когда команда создала бумажную биобатарею размером со спичечный коробок, способную генерировать электричество с помощью бактерий. Позднее появились и более сложные решения: батареи в форме сюрикена, устройства, активируемые слюной, носимые источники энергии, использующие пот человека, а также биобатареи в капсулах, рассчитанные на работу внутри организма. Параллельно развивались бумажные биосенсоры для медицинской диагностики и экологического мониторинга.

Как отмечает Сокхеун Чой, конечная цель этих разработок заключалась в создании полностью автономной одноразовой электронной системы на бумажной основе. После разработки источников питания и сенсоров ключевым недостающим элементом оставались именно электронные схемы - резисторы, конденсаторы и соединения, обеспечивающие работу всей системы как единого устройства.

В 2024 году исследователи уже показали первую интегрированную бумажную печатную плату, созданную с использованием восковых трафаретов на хроматографической бумаге. Однако эта технология имела ограничения: при нагреве воск растекался, а минимальный размер элементов составлял около 1 мм, что не позволяло создавать компактные устройства высокого уровня интеграции.

Переход к лазерной обработке и пергаментной бумаге решил эти проблемы. Лазер формирует четкие гидрофильные каналы шириной до 250 мкм с расстоянием между ними около 300 мкм, полностью исключая эффект растекания. Чой подчеркивает, что точность здесь определяется исключительно размером лазерного пятна, что делает процесс предсказуемым и стабильным.

Практические испытания показали, что на такой платформе можно создавать полноценные электронные компоненты: резисторы с регулировкой сопротивления в диапазоне трех порядков, межсоединения с сопротивлением около 1 Ом на 6,4 см2, а также конденсаторы с емкостью от микрофарад до миллифарад. На основе этих элементов уже формируются RC-фильтры и другие базовые схемы.

Важным преимуществом технологии является ее экологичность. Используются только водные чернила без токсичных металлов и органических растворителей, а сами устройства полностью биоразлагаемы и распадаются в почве за несколько недель или могут быть быстро уничтожены сжиганием. При необходимости долговременной работы силиконовое покрытие обеспечивает защиту от влаги и механических повреждений, не влияя на электрические свойства.

Потенциальные области применения включают медицинские повязки, способные отслеживать инфекции и затем безопасно разлагаться, а также интеллектуальные этикетки для логистики, контролирующие температуру и влажность товаров в цепочке поставок. Таким образом, разработка команды Бингемтонского университета открывает путь к новым классам дешевой, гибкой и экологичной электроники.

<< Назад: Соседи формируют вашу микрофлору 27.04.2026

>> Вперед: Психологическое состояние и старение 26.04.2026

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Ферроэлектрики научились выдерживать более 10 миллиардов циклов перезаписи 11.10.2026

Энергонезависимая память должна не только быстро записывать и сохранять информацию без постоянного питания, но и выдерживать огромное количество циклов перезаписи. Одним из перспективных вариантов такой технологии считаются ферроэлектрические материалы, однако их практическое применение долгое время ограничивалось сравнительно быстрым разрушением. Исследователям удалось установить механизм этого процесса на атомном уровне и предложить способ, который значительно увеличивает срок службы таких материалов. Работу выполнила группа ученых из Университета электронной науки и техники Сианя (Xidian University) совместно с коллегами из Гонконгского университета и Фуданского университета. Особый интерес специалистов вызвали ферроэлектрики со структурой вюрцита, в частности нитрид алюминия-скандия (AlScN). Эти материалы способны сохранять информацию благодаря изменению направления электрической поляризации на атомном уровне и хорошо совместимы с современными технологиями производства микросхем ...>>

Электромобиль VENTRA с системой очистки воздуха 11.10.2026

Даже автомобили без двигателя внутреннего сгорания не являются полностью безвредными для окружающей среды. При движении любой автомобиль изнашивает шины и тормозные элементы, в результате чего в воздух и на дорожное покрытие попадают мельчайшие частицы. Студенты Эйндховенского технологического университета решили обратить внимание именно на этот мало заметный источник загрязнения и создали концептуальный электромобиль VENTRA, способный собирать часть таких загрязняющих веществ непосредственно во время движения. Проект разработала команда TU/ecomotive, которая оснастила VENTRA специальной системой улавливания частиц, образующихся при износе шин и торможении. Авторы концепта считают, что переход на электрическую тягу сам по себе не решает проблему автомобильных выбросов. Более тяжелые электромобили дополнительно нагружают шины, а их электродвигатели способны обеспечивать очень быстрое ускорение, что также может способствовать повышенному износу резины. Собранные около колес частицы си ...>>

Лазерное переключение магнитов 10.10.2026

Технологии хранения данных постоянно стремятся уменьшить размеры элементов памяти и одновременно увеличить скорость записи информации. Один из возможных путей связан с использованием света, который способен переносить энергию с огромной скоростью и воздействовать на очень небольшие области материала. Инженеры Университета Калифорнии в Сан-Диего (UC San Diego) продемонстрировали необычный способ управления магнитным состоянием вещества, при котором внешнее магнитное поле вообще не требуется. В обычных жестких дисках информация записывается в виде последовательности крошечных магнитных областей, соответствующих значениям 1 и 0. Для изменения их состояния обычно необходимо внешнее магнитное поле, однако такой способ требует значительных энергетических затрат и ограничивает скорость записи. Исследователи UC San Diego предложили альтернативу - так называемое оптическое переключение, при котором магнитное состояние изменяется под воздействием лазерного излучения. По оценкам специалистов, ...>>

Наушники Neurable One с мониторингом концентрации и усталости мозга 10.10.2026

Современные наушники постепенно превращаются из обычного аудиоустройства в персональный электронный помощник. Они уже умеют подавлять окружающий шум, анализировать качество звука и отслеживать некоторые параметры физического состояния человека. Американская компания Neurable пошла еще дальше и предложила использовать наушники для оценки активности мозга, чтобы определить, насколько человек сосредоточен, испытывает умственное напряжение или начинает уставать. Новая модель получила название Neurable One и оснащена 12 датчиками, способными регистрировать электрическую активность мозга. В основе технологии лежит электроэнцефалография, или EEG, применяемая для фиксации электрических сигналов, возникающих при работе нервной системы. Датчики размещены во внутренних накладках наушников и начинают получать информацию сразу после того, как пользователь надевает устройство. Затем специальное приложение анализирует полученные данные и оценивает текущее состояние человека. Разработчики предус ...>>

Климатический кризис меняет питание детей и влияет на их здоровье 09.10.2026

Когда говорят о влиянии климатических изменений на здоровье человека, чаще всего вспоминают экстремальную жару, наводнения, засухи или лесные пожары. Однако последствия глобального потепления могут проявляться гораздо менее заметно. Один из таких механизмов связан с продовольствием: изменения климата способны влиять на урожайность, стоимость продуктов и их доступность, а через это - на качество питания детей. Особое значение эта проблема приобретает в первые годы жизни. Дети в возрасте до пяти лет особенно чувствительны к недостатку необходимых питательных веществ, поскольку именно в этот период питание и окружающая среда тесно связаны с ростом организма, развитием и формированием иммунной системы. Если полноценная пища становится менее доступной, последствия могут проявляться не сразу, но отражаться на здоровье ребенка в дальнейшем. Бразильские исследователи попытались определить, где подобные проблемы могут пересекаться с климатическими факторами. Для этого специалисты разработ ...>>

Случайная новость из Архива Оперативная память A-RAM 09.12.2012 Ученые из Университета Гранады объявили о создании прототипа революционного устройства хранения данных. Речь идет о так называемой A-RAM памяти. Теоретическая модель технологии Advanced Random Access Memory (A-RAM) была разработана в 2009 году. Испанцы впервые экспериментально подтвердили ее состоятельность и заявили о возможности создания миниатюрной памяти A-RAM и ее модификации A2RAM, которые можно использовать в большинстве цифровых устройств, таких как компьютеры, смартфоны, планшеты и т.д. Новая память позволяет хранить данные длительное время, потребляет мало энергии и имеет больший диапазон между логическими уровнями, что делает A-RAM более устойчивой к помехам, ошибкам и производственному браку. В настоящее время для быстродействующей компьютерной памяти используется технология DRAM (1T-1C-DRAM), состоящая из ячеек памяти на базе транзисторов и конденсаторов (1T-1C-DRAM). Каждый бит информации хранится в виде электрического заряда в отдельной ячейке, которая считывает заряд и, соответственно, обеспечивает доступ к информации. Сегодня размер ячейки DRAM уже уменьшился до 20 нм (1 нанометр равен одной миллиардной части метра), а DRAM-чип содержит несколько гигабайт информации. Однако дальнейшее уменьшение размеров ячеек DRAM затруднительно, поскольку необходимо использовать все более слабый заряд, которым сложно управлять и который сложно считывать. В A-RAM проблема невозможности дальнейшего уменьшения физических размеров ячейки памяти решена просто - удалением "ненужного" конденсатора. В результате получается память 1T-DRAM, то есть с одним транзистором, который хранит информацию и одновременно считывает и записывает ее. Это позволяет существенно улучшить характеристики памяти.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026