새로운 전자 섬유 플랫폼을 향한 마이크로파이버의 여러 전자 부품 통합

Jan 06, 2024

Nature Communications 13권, 기사 번호: 3173(2022) 이 기사 인용

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전자 섬유는 원사로 직조하여 직물과의 치수 호환성으로 인해 원하는 장치 플랫폼 중 하나로 간주되었습니다. 그러나 원하는 전자회로나 시스템을 구성하기 위해서는 각 전자섬유 간의 정밀한 연결 공정이 필수적이다. 여기에서는 1차원 마이크로파이버 기판에 전자 장치를 제작하여 통합 전자 파이버 플랫폼을 제시합니다. 트랜지스터, 인버터, 링 발진기 및 열전대와 같은 전자 부품은 정밀한 반도체 및 전극 패턴이 있는 섬유 기판의 외부 표면에 함께 통합됩니다. 우리의 결과는 전자 부품이 안정적인 작동으로 단일 광섬유에 통합될 수 있음을 보여줍니다. 우리는 스위칭 및 데이터 처리를 테스트하고 광학/열 신호를 감지하기 위한 감지 또는 변환 장치를 테스트하여 다기능 전자 섬유 플랫폼인 섬유에 있는 칩의 전자 특성을 평가합니다. 전자 섬유의 시연은 착용 가능한 전자 섬유 시스템으로 고성능을 실현하기 위한 중요한 개념 증명을 제시합니다.

섬유 전자공학은 웨어러블 애플리케이션과 스마트 직물에 상당한 관심을 갖고 있으며 인간과 주변 환경 간의 의사소통과 상호작용을 촉진할 수 있습니다1,2,3. 기능성 섬유의 기본 요소인 실 모양 섬유의 1차원(1D) 형태는 직물 구조에서 높은 유연성, 등방성 변형, 통기성 및 경량성을 제공합니다4,5. 1D 기능성 섬유는 꼬기, 직조, 재봉, 뜨개질, 매듭 및 인터레이스5,6와 같은 전통적인 섬유 공학 기술을 통해 2차원(2D) 직물 및 3차원(3D) 원사 구성으로 추가 가공될 수 있습니다. 이러한 본질적인 장점으로 인해 최근에는 건강/환경 모니터링, 디스플레이, 감지, 에너지 수확, 에너지 저장, 전자파 차폐 및 정보 처리와 같은 광전자 기능을 수행하는 섬유 기반 장치 구성 요소가 직물에 직접 통합되었습니다. 미래 지향적인 옷을 시연하기 위해7,8,9,10,11,12,13,14.

기존 전자섬유 플랫폼은 일반적으로 섬유기판 위에 단일 기능을 갖는 한 종류의 전자부품으로만 구성되는데, 이는 섬유 표면의 원하는 영역에 패턴화 없이 전체 섬유에 활성층을 둘러싸는 데 기인한다. 제조 과정에서. 또한 장치 성능 저하를 최소화하면서 원하는 전자 회로 또는 시스템을 2D 직물로 구성하려면 각 전자 섬유 간의 정밀한 연결 프로세스가 필수적입니다. 이러한 기능성 섬유의 조립은 2D 웨이퍼의 기존 집적 회로 및 다기능 장치와 유사하게 데이터를 순차적으로 기록, 감지 및 판독하는 데 사용할 수 있지만 축소에 대한 제한과 전자 회로 구성의 어려움은 여전히 ​​​​주요 장애물로 남아 있습니다. 실용적인 전자 섬유 시스템의 구현. 첫째, 대규모 집적화(LSI)로 인해 복잡하고 기능적인 연결이 많이 발생하므로 전도성 실 등 배선을 줄이는 것이 향후 개발의 병목 현상으로 간주됩니다. 둘째, 특별히 설계된 아키텍처 또는 프로세스를 도입하여 장치의 면적 밀도를 높여야 합니다. 이러한 관점에서 단일 광섬유에서 작동할 수 있는 작고 소형화된 전자 시스템을 개발하는 것이 매우 필요합니다. 직물에 다양한 기능을 부여하기 위해 작은 전자 부품을 섬유 가닥이나 원사에 삽입하는 방법이 새로운 후보로 간주되어 열적으로 연신된 디지털 섬유 및 e-얀을 구현할 수 있습니다17,18,19. 그러나 열 드로잉 접근 방식과 필라멘트 상단 표면에 작은 구성 요소를 장착하는 데에는 장치 밀도가 낮다는 제한 사항이 있습니다. 다수의 전자 부품과 회로를 보유하고 우수한 전기적 성능을 유지하는 고밀도 전자 극세사를 제조하는 전략은 아직 보고되지 않았습니다.