Investigadores del MIT, en conjunto con NY Creates, desarrollaron chips de fotónica de silicio flexibles y transparentes que podrían llevar sistemas ópticos avanzados a pantallas curvas, monitores de salud vestibles y otras aplicaciones electrónicas.
¿Qué limitación resuelve el proceso?
El método de fabricación a escala de oblea aborda una restricción de larga data de la fotónica de silicio. Los dispositivos convencionales pueden integrar miles de millones de componentes ópticos a escala nanométrica sobre obleas de 300 milímetros, pero los chips resultantes son típicamente rígidos y opacos. Demostraciones anteriores lograron flexibilidad o transparencia por separado, aunque eran difíciles de escalar.
El nuevo enfoque parte de fabricación convencional de fotónica de silicio, con guías de onda ópticas diminutas grabadas sobre una oblea de silicio. Después se adhiere un soporte temporal de silicio a la estructura, antes de retirar el sustrato original. Eso deja una capa ultradelgada que contiene el óxido y las guías de onda. Sobre esa capa los investigadores adhieren una película transparente de poliéster, y el resultado es una oblea flexible de apenas unos pocos micrones de espesor.
El desafío estaba en no romper la oblea
Mantener la oblea intacta durante el proceso fue el principal obstáculo de ingeniería. El equipo controló el estrés mecánico usando pasos de fabricación a temperaturas de 500 grados Celsius o menos, y combinando con cuidado distintas técnicas de remoción de material. A los métodos industriales de adelgazamiento les siguió un grabado químico selectivo para retirar el silicio final sin dañar las capas ópticas.
Ese detalle de la temperatura no es menor. Trabajar bajo los 500 grados es lo que permite que los materiales poliméricos y las capas ya depositadas sobrevivan al proceso, y es la razón por la que el mismo flujo podría correr en una línea de fabricación existente en vez de exigir equipamiento dedicado.
¿Cuánto aguanta doblarse?
Las pruebas de desempeño mostraron que los chips pueden doblarse miles de veces alrededor de cilindros, incluido uno de aproximadamente el ancho de un tornillo pequeño, sin degradación medible. Las pruebas de transparencia, realizadas con un ojo biónico, encontraron además una opacidad mínima y muy poca distorsión visible de la imagen.
Resumiendo las tres propiedades que el proceso logra al mismo tiempo, y que antes venían separadas:
- Flexibilidad: miles de ciclos de flexión sin pérdida medible de desempeño.
- Transparencia: opacidad mínima y distorsión de imagen casi nula.
- Escala: fabricación sobre obleas completas, no piezas individuales.
Dónde podría aterrizar
La tecnología podría sostener pantallas curvas de realidad aumentada, incluidos visores de vuelo y pantallas de visualización frontal, y al mismo tiempo reducir el volumen de los sistemas ópticos convencionales. Los chips fotónicos flexibles también podrían adaptarse a la forma del cuerpo para monitoreo de salud discreto.
Ese último punto es el de aplicación más cercana para quien trabaja con instrumentación biomédica: un sensor óptico que se adapta a la curvatura de la piel elimina la capa de acoplamiento rígida que hoy limita la calidad de la señal en dispositivos vestibles de medición óptica, como los que miden pulso y oxigenación.
Los investigadores planean agregar componentes más complejos, mejorar la eficiencia de las guías de onda e incrementar aún más la transparencia. El trabajo podría, en último término, expandir la fotónica de silicio más allá de los encapsulados rígidos de semiconductores, hacia electrónica flexible y transparente.
