Вертикален електрохимичен транзистор вдъхва нов живот на носимата електроника

Интердисциплинарен екип от изследователи в Северозападния университет в Еванстън (Илинойс) разработи революционен транзистор, който се очаква да бъде идеален за лека и гъвкава биоелектроника с висока производителност.

Електрохимичният транзистор е съвместим с кръв и вода и може да усили важни сигнали, което го прави много полезен за биомедицински сензори. Такъв транзистор може да даде възможност на носени по тялото устройства да обработват сигнали на място. Потенциалните приложения включват измерване на сърдечния ритъм и нивата на натрий и калий в кръвта, както и движението на очите за изследване на нарушения на съня.

"Цялата съвременна електроника използва транзистори, които бързо включват и изключват ток, обяснява Тобин Маркс, съавтор на изследването. - Тук използваме химия, за да подобрим превключването. Нашият електрохимичен транзистор увеличава производителността на напълно ново ниво. Има всички свойства на конвенционален транзистор, но много по-висока транскондуктивност (мярка за усилването, което може да достави), ултрастабилна цикличност на свойствата на превключване, малък отпечатък, който може да позволи интегриране с висока плътност, както и лесно и евтино производство."

Маркс е сред световните учени в областта на материалознанието и органичната електроника. Той е професор по каталитична химия в Колежа по изкуства и науки Уейнбърг и професор по материалознание и инженерство и химическо и биологично инженерство в инженерното училище McCormick.

Вертикалният електрохимичен транзистор е базиран на нов вид електронен полимер и е изграден по вертикална, вместо по повърхностна архитектура. Той провежда както електричество, така и йони и е стабилен във въздуха. Дизайнът и синтезът на нови материали и производството на транзистора изискваха съвместната експертиза на химици, учени по материали и биомедицински инженери.

"Този вълнуващ нов тип транзистор ни позволява да говорим на езика както на биологичните системи, които често общуват чрез йонна сигнализация, така и на електронните системи, които комуникират с електрони, казва Джонатан Ривней, професор по биомединско инженерство в McCormick. Способността на транзисторите да работят много ефективно като "смесени проводници" ги прави привлекателни за биоелектронна диагностика и терапии."

Със своята вертикална архитектура електрохимичните транзистори могат да бъдат подредени един върху друг. "По този начин можем да направим много плътни електрохимични комплементарни (допълващи се) вериги, което е невъзможно за конвенционалните повърхностни електрохимични транзистори", допълват учените.

За да се направят по-надеждни и мощни електронни схеми, са необходими два вида транзистори: транзистори P тип, които носят положителни заряди, и N тип транзистори, които носят отрицателни заряди. Тези типове вериги се наричат допълнителни вериги. Предизвикателството, пред което са се изправяли изследователите в миналото, е, че транзисторите от N-тип са трудни за изграждане и обикновено са нестабилни.

Това е първата работа, която демонстрира електрохимични транзистори с подобна и много висока производителност за двата типа (P+N) електрохимични транзистори. Това води до производството на много ефективни електрохимични комплементарни вериги.

Проучването е озаглавено "Вертикални органични електрохимични транзистори за комплементарни вериги", със съавтори Хуанг, Чинхуа Чен и Яо Яо. Технологията има заявка за патент, подадена от Северозападния университет и от компанията за гъвкава електроника Flexterra.