Flexible electronicsSensor solutions for IoTWearables

5 min

Flexibele elektronica gaat schitterende toekomst tegemoet!

Welke zijn de belangrijkste uitdagingen waar flexibele elektronica mee te kampen heeft? En waarvoor zullen we het gebruiken?

Scroll

Intro

Het ziet ernaar uit dat de volgende vijf jaar de boeiendste ooit worden voor flexibele elektronica. Maar dan moeten we er wel in slagen om alle mogelijkheden die de technologie biedt volop te benutten en alle resterende obstakels uit de weg te ruimen. Uit de laboratoria klinken alvast hoopvolle geluiden: we boeken snel vooruitgang, in de juiste richting.

 

Kris Myny, een senior onderzoeker op het vlak van flexibele elektronica, vertelt wat volgens hem de belangrijkste uitdagingen zijn in zijn onderzoeksdomein en voor welke toepassingen het zal gebruikt worden. 

"Flexibele elektronica wordt gemaakt door laagjes van geschikte materialen aan te brengen op een flexibel substraat." 

"In vergelijking met traditionele siliciumchips zijn hiervoor minder processtappen nodig en is een veel lagere productietemperatuur mogelijk." 

Flexibele elektronica zou daardoor aanzienlijk goedkoper te produceren zijn dan de hedendaagse elektronica, zo luidt de verwachting. Bovendien zijn toepassingen rechtstreeks in vrijwel elk materiaal en op elk formaat te integreren. Als dit allemaal lukt, staan we op de drempel van een nieuwe revolutie, want dan kunnen we elk denkbaar object slim maken.

De belangrijkste uitdaging die ons nu wacht, is onze ontluikende technologie opschalen, krachtiger én tegelijk energie-efficiënter maken. Wij weten dat dit theoretisch mogelijk is, maar in de praktijk hebben we nog heel wat geduldig zoekwerk voor de boeg.

Dit is wat we hopen te bereiken:

Kleinere transistoren en circuits met een grotere dichtheid.

In vergelijking met de siliciumchiptechnologie hebben wij tot nu toe nog maar enkele circuits met maximaal een paar duizend transistoren gedemonstreerd. Op het domein van de flexibele elektronica staan we nog maar aan het begin van de Wet van Moore en op termijn zou een densiteit van 10.000 of zelfs 100.000 transistoren per vierkante centimeter haalbaar moeten zijn, tegen een prijs van één eurocent. En dan wordt het interessant, want zo’n dichtheid maakt krachtige, innovatieve applicaties mogelijk.

Meer greep op het stroomverbruik.

Het beste materiaal waarover we momenteel beschikken, is een dunnefilm halfgeleider van het n-type, een materiaal met vrije elektronen dat daardoor ongehinderd elektrische stromen laat lopen. Maar in tegenstelling tot bij silicium CMOS-technologie hebben we nog geen vergelijkbaar p-type materiaal. Zo’n p-type materiaal heeft net een tekort aan elektronen en zorgt daardoor voor een tegengewicht dat de elektronenstroom in digitale circuits kan stoppen. In onze flexibele circuits lopen er dus altijd stromen tussen de stroombron en de aarding, zelfs als het circuit niets nuttig doet. Met mijn onderzoek wil ik die lekstromen beperken, in eerste instantie met enkel n-type transistoren. Bij complexe circuits zou het mogelijk moeten zijn om zo het stroomverbruik met een factor 10 tot 100 te verminderen.

De ontwikkeling van nieuwe productietechnieken en machines.

Vooral schermproducenten kijken reikhalzend uit naar de grootschalige productie van flexibele elektronica. Hun machines zijn nu al in staat om flexibele circuits te produceren op micrometerschaal. Maar als wij de transistoren verder willen verkleinen en circuits met een grotere densiteit fabriceren, dan moeten wij op submicrometerschaal gaan werken. Dus moeten wij een nieuwe generatie machines en productielijnen ontwikkelen. Er is nog werk aan de winkel voor machinefabrikanten!

En hoe zit het met de toepassingen? De volgende drie zou ik graag mee helpen ontwikkelen:

Displays met hoge resolutie voor plooibare, oprolbare oppervlakken, brillen of misschien zelfs contactlenzen. Voor hoogwaardige virtual reality, bijvoorbeeld, zijn kleine, dicht bij elkaar gelegen pixels nodig, een grootteorde kleiner dan wij momenteel kunnen produceren.

Wearables of pleisters die wij op onze huid kleven om onze lichaamsparameters te meten, bijvoorbeeld voor continue monitoring van wondheling, zonder dat de patiënt er iets van merkt. Op langere termijn kunnen we zo mogelijk zelfs smartwatches vervangen.

Tags met opslagcapaciteit, sensoren en dataverwerking. Stel je voor dat we tags zouden kunnen ontwerpen om de kwaliteit van voedsel te testen, bijvoorbeeld door ze op appels te kleven, op kaas of op een melkkarton. Zo’n tag heeft een sensor nodig, liefst met de mogelijkheid om meerdere parameters te meten en misschien ook met enige chemische verwerking. En natuurlijk ook dataverwerkingscircuits en een batterijtje om analyses uit te voeren als de tag niet in het bereik van een antenne is. Is dit het begin van het Internet-of-Things op itemniveau?

"Veel van deze zaken zijn nu al mogelijk met siliciumchips en het lijkt nog een verre droom om even gesofisticeerde flexibele elektronica te maken. Maar als we de densiteit kunnen opvoeren tot het niveau waarvan ik hoop dat het mogelijk is en als wij een Wet van Moore van de flexibele elektronica kunnen in gang zetten, dan wordt deze droom ooit werkelijkheid."

Biografie Kris Myny

Kris Myny behaalde zijn master ingenieurswetenschappen elektronica aan de Katholieke Hogeschool Limburg in 2002. In 2004 werd hij deel van imecs onderzoeksteam en begon hij te werken aan de ontwikkeling van robuuste plastic elektronica. In 2013 doctoreerde hij aan de KU Leuven. Intussen is hij senior onderzoeker bij imec en gespecialiseerd in circuit design voor flexibele dunnefilmtransistor-circuits. Hij publiceerde en presenteerde zijn werk in verschillende internationale tijdschriften en op conferenties en komt regelmatig in het nieuws. Hij werd opgenomen in de lijst van 50 Belgische top tech-pioniers van De Tijd. Vorig jaar ontving hij de prestigieuze ERC Starting Grant van de Europese Commissie waardoor hij zijn baanbrekende onderzoek naar dunnefilmtransistor-circuits kan verderzetten.

Deze website maakt gebruik van cookies met als enige doel het analyseren van surfgedrag, zonder enige commerciële insteek. Lees er hier meer over.

Accepteer cookies