Thinned silicon based complementary metal oxide semiconductor (CMOS) electronics can be physically flexible. To overcome challenges of limited thinning and damaging of devices originated from back grinding process, we show sequential reactive ion etching of silicon with the assistance from soft polymeric materials to efficiently achieve thinned (40 μm) and flexible (1.5 cm bending radius) silicon based functional CMOS inverters with high-κ/metal gate transistors. Notable advances through this study shows large area of silicon thinning with pre-fabricated high performance elements with ultra-large-scale-integration density (using 90 nm node technology) and then dicing of such large and thinned (seemingly fragile) pieces into smaller pieces using excimer laser. The impact of various mechanical bending and bending cycles show undeterred high performance of flexible silicon CMOS inverters. Future work will include transfer of diced silicon chips to destination site, interconnects, and packaging to obtain fully flexible electronic systems in CMOS compatible way.

1.
J. A.
Rogers
,
M. G.
Lagally
, and
R. G.
Nuzzo
,
Nature
477
,
45
(
2011
).
2.
G. A.
Torres Sevilla
,
M. T.
Ghoneim
,
H.
Fahad
,
J. P.
Rojas
,
A. M.
Hussain
, and
M. M.
Hussain
,
ACS Nano
8
,
9850
(
2014
).
3.
M. T.
Ghoneim
,
N.
Alfaraj
,
G. A.
Torres Sevilla
,
H. M.
Fahad
, and
M. M.
Hussain
, in
73rd Annual Device Research Conference (DRC)
, Columbus, OH (
2015
), pp.
95
96
.
4.
J. M.
Nassar
,
A. M.
Hussain
,
J. P.
Rojas
, and
M. M.
Hussain
,
Phys. Status Solidi RRL
8
,
794
(
2014
).
5.
G. A.
Torres Sevilla
,
J. P.
Rojas
,
H. M.
Fahad
,
A. M.
Hussain
,
R.
Ghanem
,
C. E.
Smith
, and
M. M.
Hussain
,
Adv. Mater.
26
,
2794
(
2014
).
6.
M. T.
Ghoneim
,
A.
Kutbee
,
F.
Ghodsi Nasseri
,
G.
Bersuker
, and
M. M.
Hussain
,
Appl. Phys. Lett.
104
,
234104
(
2014
).
7.
M. T.
Ghoneim
,
M. A.
Zidan
,
M. Y.
Alnassar
,
A. N.
Hanna
,
J.
Kosel
,
K. N.
Salama
, and
M. M.
Hussain
,
Adv. Electron. Mater.
1
(
6
) (
2015
).
8.
M. T.
Ghoneim
and
M. M.
Hussain
,
Appl. Phys. Lett.
107
,
052904
(
2015
).
9.
G.-T.
Hwang
,
D.
Im
,
S. E.
Lee
,
J.
Lee
,
M.
Koo
,
S. Y.
Park
,
S.
Kim
,
K.
Yang
,
S. J.
Kim
,
K.
Lee
, and
K. J.
Lee
,
ACS Nano
7
,
4545
(
2013
).
10.
H. S.
Lee
,
J.
Chung
,
G.-T.
Hwang
,
C. K.
Jeong
,
Y.
Jung
,
J.-H.
Kwak
,
H.
Kang
,
M.
Byun
,
W. D.
Kim
,
S.
Hur
,
S.-H.
Oh
, and
K. J.
Lee
,
Adv. Funct. Mater.
24
,
6914
(
2014
).
11.
H.
Wu
,
D.
Kong
,
Z.
Ruan
,
P.-C.
Hsu
,
S.
Wang
,
Z.
Yu
,
T. J.
Carney
,
L.
Hu
,
S.
Fan
, and
Y.
Cui
,
Nat. Nanotechnol.
8
,
421
(
2013
).
12.
G. A.
Torres Sevilla
,
S. B.
Inayat
,
J. P.
Rojas
,
A. M.
Hussain
, and
M. M.
Hussain
,
Small
9
,
3916
(
2013
).
13.
J. P.
Rojas
,
G. A.
Torres Sevilla
,
N.
Alfaraj
,
M. T.
Ghoneim
,
A. T.
Kutbee
,
A.
Sridharan
, and
M. M.
Hussain
,
ACS Nano
9
,
5255
(
2015
).
14.
J. P.
Rojas
,
G. A.
Torres Sevilla
, and
M. M.
Hussain
,
Sci. Rep.
3
,
2609
(
2013
).
15.
A.
Diab
,
G. A.
Torres Sevilla
,
M. T.
Ghoneim
, and
M. M.
Hussain
,
Appl. Phys. Lett.
105
,
133509
(
2014
).
16.
J. P.
Rojas
,
G. A.
Torres Sevilla
, and
M. M.
Hussain
,
Appl. Phys. Lett.
102
,
064102
(
2013
).
17.
J. P.
Rojas
,
G. A.
Torres Sevilla
,
M. T.
Ghoneim
,
S. B.
Inayat
,
S. M.
Ahmed
,
A. M.
Hussain
, and
M. M.
Hussain
,
ACS Nano
8
,
1468
(
2014
).
18.
J.-H.
Ahn
,
H.-S.
Kim
,
E.
Menard
,
K. J.
Lee
,
Z.
Zhu
,
D.-H.
Kim
,
R. G.
Nuzzo
,
J. A.
Rogers
,
I.
Amlani
,
V.
Kushner
,
S. G.
Thomas
, and
T.
Duenas
,
Appl. Phys. Lett.
90
,
213501
(
2007
).
19.
J.
Yoon
,
A. J.
Baca
,
S.-I.
Park
,
P.
Elvikis
,
J. B.
Geddes
,
L.
Li
,
R. H.
Kim
,
J.
Xiao
,
S.
Wang
,
T.-H.
Kim
,
M. J.
Motala
,
B. Y.
Ahn
,
E. B.
Duoss
,
J. A.
Lewis
,
R. G.
Nuzzo
,
P. M.
Ferreira
,
Y.
Huang
,
A.
Rockett
, and
J. A.
Rogers
,
Nat. Mater.
7
,
907
(
2008
).
20.
Y. M.
Song
,
Y.
Xie
,
V.
Malyarchuk
,
J.
Xiao
,
I.
Jung
,
K.-J.
Choi
,
Z.
Liu
,
H.
Park
,
C.
Lu
,
R.-H.
Kim
,
R.
Li
,
K. B.
Crozier
,
Y.
Huang
, and
J. A.
Rogers
,
Nature
497
,
95
(
2013
).
21.
J. A.
Rogers
,
T.
Someya
, and
Y.
Huang
,
Science
327
,
1603
(
2010
).
22.
L.
Sun
,
G.
Qin
,
J.-H.
Seo
,
G. K.
Celler
,
W.
Zhou
, and
Z.
Ma
,
Small
6
,
2553
(
2010
).
23.
S.-I.
Park
,
Y.
Xiong
,
R.-H.
Kim
,
P.
Elvikis
,
M.
Meitl
,
D.-H.
Kim
,
J.
Wu
,
J.
Yoon
,
C.-J.
Yu
,
Z.
Liu
,
Y.
Huang
,
K.-C.
Hwang
,
P.
Ferreira
,
X.
Li
,
K.
Choquette
, and
J. A.
Rogers
,
Science
325
,
977
(
2009
).
24.
S.-K.
Lee
,
H.
Jang
,
M.
Hasan
,
J. B.
Koo
, and
J.-H.
Ahn
,
Appl. Phys. Lett.
96
,
173501
(
2010
).
25.
H. C.
Ko
,
M. P.
Stoykovich
,
J.
Song
,
V.
Malyarchuk
,
W. M.
Choi
,
C.-J.
Yu
,
J. B.
Geddes Iii
,
J.
Xiao
,
S.
Wang
,
Y.
Huang
, and
J. A.
Rogers
,
Nature
454
,
748
(
2008
).
26.
S. J.
Kang
,
C.
Kocabas
,
T.
Ozel
,
M.
Shim
,
N.
Pimparkar
,
M. A.
Alam
,
S. V.
Rotkin
, and
J. A.
Rogers
,
Nat. Nanotechnol.
2
,
230
(
2007
).
27.
D.
Shahrjerdi
and
S. W.
Bedell
,
Nano Lett.
13
,
315
(
2013
).
28.
Y.
Zhai
,
L.
Mathew
,
R.
Rao
,
D.
Xu
, and
S. K.
Banerjee
,
Nano Lett.
12
,
5609
(
2012
).
29.
J. N.
Burghartz
,
W.
Appel
,
H. D.
Rempp
, and
M.
Zimmermann
,
IEEE Trans. Electron Dev.
56
,
321
(
2009
).
30.
H.
Sanda
,
J.
McVittie
,
M.
Koto
,
K.
Yamagata
,
T.
Yonehara
, and
Y.
Nishi
,
IEDM Tech. Digest
2005
,
679
682
.
31.
S.-J.
Kim
and
J.-S.
Lee
,
Nano Lett.
10
,
2884
(
2010
).
32.
L.
Polavarapu
,
K. K.
Manga
,
H. D.
Cao
,
K. P.
Loh
, and
Q.-H.
Xu
,
Chem. Mater.
23
,
3273
(
2011
).
33.
T. W.
Kelley
,
P. F.
Baude
,
C.
Gerlach
,
D. E.
Ender
,
D.
Muyres
,
M. A.
Haase
,
D. E.
Vogel
, and
S. D.
Theiss
,
Chem. Mater.
16
,
4413
(
2004
).
34.
A. H.
Najafabadi
,
A.
Tamayol
,
N.
Annabi
,
M.
Ochoa
,
P.
Mostafalu
,
M.
Akbari
,
M.
Nikkhah
,
R.
Rahimi
,
M. R.
Dokmeci
,
S.
Sonkusale
,
B.
Ziaie
, and
A.
Khademhosseini
,
Adv. Mater.
26
,
5823
(
2014
).
35.
K.
Jamin
,
J.
Youngin
,
L.
Myeongwon
, and
K.
Sangsig
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
50
,
065001
(
2011
).
You do not currently have access to this content.