Новости

Mar 07, 2023

Вертикальные электрохимические транзисторы для носимых устройств

Трансдисциплинарная исследовательская группа Северо-Западного университета разработала

Междисциплинарная исследовательская группа Северо-Западного университета разработала транзистор для легкой, гибкой и высокопроизводительной биоэлектроники. Электрохимический транзистор совместим с кровью и водой и может усиливать важные сигналы, что делает его особенно полезным для биомедицинских исследований. Такой транзистор может позволить носимым устройствам обрабатывать сигналы на месте, прямо на интерфейсе биологического устройства. Потенциальные применения включают измерение сердцебиения и уровня натрия и калия в крови, а также движение глаз для изучения нарушений сна.

«Во всей современной электронике используются транзисторы, которые быстро включают и выключают ток», — говорит Тобин Дж. Маркс, соавтор исследования, профессор каталитической химии Владимира Н. Ипатьева в Вайнбергском колледже искусств и наук и профессор. факультет материаловедения и инженерии, а также химической и биологической инженерии в Инженерной школе Маккормика. «Здесь мы используем химию для улучшения переключения. Наш электрохимический транзистор выводит производительность на совершенно новый уровень. У вас есть все свойства обычного транзистора, но гораздо более высокая крутизна (мера усиления, которую он может обеспечить), сверхстабильная цикличность коммутационные свойства, небольшая занимаемая площадь, которая обеспечивает высокую плотность интеграции, а также простое и недорогое изготовление».

Вертикальный электрохимический транзистор основан на новом виде электронного полимера и вертикальной, а не планарной архитектуре. Он проводит как электричество, так и ионы и стабилен на воздухе. Разработка и синтез новых материалов, а также изготовление и характеристика транзисторов потребовали совместной работы химиков, материаловедов и биомедицинских инженеров.

Маркс возглавлял исследовательскую группу вместе с Антонио Факкетти, профессором-исследователем химии в Вайнберге; Вэй Хуан, ныне профессор Университета электронных наук и технологий Китая; и Джонатан Ривней, профессор биомедицинской инженерии в школе Маккормика.

«Этот потрясающий новый тип транзистора позволяет нам говорить на языке как биологических систем, которые часто общаются посредством ионных сигналов, так и электронных систем, которые общаются с электронами», — говорит Ривней. «Способность транзисторов очень эффективно работать в качестве смешанных проводников делает их привлекательными для биоэлектронной диагностики и терапии».

«Благодаря вертикальной архитектуре наши электрохимические транзисторы можно устанавливать один на другой», — говорит Факкетти. «Таким образом, мы можем создавать очень плотные электрохимические дополнительные схемы, что невозможно для обычных планарных электрохимических транзисторов».

Для создания более надежных и мощных электронных схем необходимы транзисторы двух типов: транзисторы p-типа, несущие положительные заряды, и транзисторы n-типа, несущие отрицательные заряды. Такие типы цепей называются дополнительными цепями. Проблема, с которой исследователи сталкивались в прошлом, заключалась в том, что транзисторы n-типа сложно изготовить и, как правило, они нестабильны.

Это первая работа, демонстрирующая электрохимические транзисторы со схожими и очень высокими характеристиками для электрохимических транзисторов обоих типов (p+n). Это привело к созданию очень эффективных электрохимических дополнительных схем.

Северо-Западный университет https://www.northwestern.edu

Об исследовании: Исследование, опубликованное в журнале Nature, озаглавлено «Вертикальные органические электрохимические транзисторы для дополнительных схем». Хуан, Цзяньхуа Чен и Яо Яо — соавторы.

Узнайте больше из этого выпуска и найдите следующую историю для чтения.