Электронные устройства научили самоуничтожаться от влажности

Деградация медной пленки на подложке из полиангидрида под действием влажности в 25 (сверху), 50 (посередине) и 75 (снизу) процентов

Y. Gao et al./ Science Advances, 2017

Исследователи из Китая и США разработали электронный чип, в котором процесс его растворения запускается из-за взаимодействия с влажным воздухом. Предполагается, что разработка может быть использована в медицине. Статья опубликована в Science Advances.

Некоторые электронные устройства, используемые, например, в медицине, выполняют свою основную функцию достаточно быстро, после чего их нужно каким-либо образом убрать или запустить безопасный механизм самоуничтожения. В англоязычной литературе такой тип устройств называют временными («transient»). В частности, такие электронные чипы могут использоваться в медицинских имплантатах, которые после выполнения своей задачи не должны находиться в организме. Или в качестве устройств, содержащих защищенную информацию, которая должна быть удалена спустя определенное время. При этом врачам и разработчикам хочется как можно точнее управлять временем, через которое устройство начнет растворяться, и скоростью этого растворения. Однако большинство из предложенных на данный момент способов самоуничтожения электронных чипов основано на использовании специальных растворителей, которые позволяют лишь довольно грубо управлять процессом растворения.

В своей новой работе ученые из Китая и США разработали электронные устройства, которые контролируемо растворяются на влажном воздухе. Для этого электронная схема должна быть размещена на специальной подложке, в состав которой входит полимерный ангидрид. Контакт такой подложки с влажным воздухом запускает процесс гидролиза, в результате которого образуются органические кислоты, которые растворяют проводящие части электронного чипа.

Для проверки предложенной концепции исследователи создали простейшее электронное устройство с проводящими элементами из меди, никеля и алюминия и полупроводниковыми элементами из смешанного оксида индия, галлия и цинка (IGZO), которое поместили на подложку из полиангидрида. Оказалось, что такой чип размером в несколько миллиметров полностью растворяется при влажности в 75 процентов за четверо суток.

Чтобы показать, что процессом растворения такого электронного устройства можно управлять, ученые более детально изучили скорость деградации отдельных материалов, из которых состоит чип, в зависимости от влажности воздуха и точного состава полимерного ангидрида. Кроме того, для оценки времени остановки нормальной работы устройства, была изучена зависимость проводимости и вольт-амперных характеристик отдельных его деталей от времени в процессе растворения. В результате проведенных исследований удалось показать, что время работы устройства можно изменять в диапазоне от нескольких часов до нескольких недель. Время жизни чипа при этом полностью определяется уровнем влажности и составом полимерной подложки. Ученые отмечают, что образующиеся в результате гидролиза органические кислоты растворяют только проводящие части электронного устройства и никак не влияют на диэлектрические компоненты.

Исследователи утверждают, что в дальнейшем такие чипы, способные к саморастворению во влажном воздухе, можно будет использовать для создания экологически чистых электронных устройств и сенсоров, а также оружия и взрывчатых веществ.

Стоит отметить, что способ самоуничтожения электронного устройства обычно предлагается, исходя из условий, в которых чип должен работать. Так, недавно ученые для самоуничтожения электронных чипов, которые работают в теплых условиях, предложили использовать холодную воду. А до этого, наоборот, были разработаны электронные микросхемы, которые самоуничтожаются при нагревании.

Александр Дубов

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.