Ученые создали электрохимические транзисторы с рядом уникальных свойств для применения в биоэлектронике и носимых устройствах
Международная исследовательская группа Северо-Западного университета Китая создала электрохимический транзистор, проводящий как обычное электричество, так и ионы. Он совместим с кровью, одой и устойчив на открытом воздухе. Разработка основана на новом виде электронного полимера и вертикальной, а не плоской архитектуре. Сфера применения новинки – носимая электроника, биоэлектроника и медицина. Транзистор отличается высокой производительностью, легкостью и гибкостью.
Новый транзистор обладает способностью усиливать значимые сигналы, что делает его очень полезным для биомедицинского зондирования. Он позволит разработать носимые устройства, которые смогут выполнять обработку сигналов на месте – прямо в биотехнологической среде. Потенциальная сфера применения включает мониторинг частоты сердечных сокращений, уровня натрия и калия в крови, а также отслеживание движений глаз для изучения нарушений сна.
«Вся современная электроника использует транзисторы, которые быстро включают и выключают ток», — сказал Тобин Дж. Маркс, соавтор исследования. «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 высокий показатель усиления, сверхстабильное циклическое переключение характеристик, небольшие габариты, которые могут обеспечить интеграцию с высокой плотностью, простота и дешевизна изготовления».
Вертикальный электрохимический транзистор на основе нового полимерного материала. Разработка и синтез материалов, а также изготовление и определение характеристик транзисторов требовали совместной работы химиков, материаловедов, биомедиков и инженеров всего мира.
Тобин Дж. Маркс, мировой лидер в области материаловедения и органической электроники, профессор каталитической химии в Колледже искусств и наук Вайнберга, возглавлял исследовательскую группу вместе с Антонио Факкетти, профессором химии в Вайнберге. В разработке участвовали Вэй Хуан, профессор Китайского университета электронных наук и технологий, Джонатан Ривней, профессор биомедицинской инженерии в школе Маккормика и 17 других ученых.
«Этот захватывающий новый тип транзистора позволяет нам говорить [одновременно] на языке биологических систем, которые часто общаются с помощью ионов, и электронных систем», — объясняет профессор 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 размещать друг над другом, — говорит профессор Факкетти. «Таким образом, мы можем создавать очень плотные электрохимические комплементарные цепи, что невозможно для обычных планарных электрохимических транзисторов».
Для создания более надежных и мощных электронных схем необходимы транзисторы двух типов: транзисторы p-типа, несущие положительный заряд, и транзисторы n-типа, несущие отрицательный заряд. Цепи, состоящие из них, называются комплиментарными. Проблема, с которой исследователи сталкивались в прошлом, заключалась в том, что транзисторы n-типа сложны в изготовлении и, как правило, нестабильны.
Это первая работа, демонстрирующая электрохимические транзисторы обоих типов (p+n) со схожими и очень высокими характеристиками, что привело к созданию эффективных электрохимических комплементарных цепей.
Исследование
“Vertical organic electrochemical transistors for complementary circuits” с подробным описанием эффективного электрохимического транзистора и сопроводительная статья были недавно опубликованы в журнале Nature.
via ITC
