Прорив в електроніці: створено революційний електрохімічний транзистор

Багатопрофільна дослідницька група Північно-західного університету створила революційний транзистор, який, як очікується, буде оптимальним для біоелектроніки, яка є високопродуктивною, легкою та гнучкою. Новий електрохімічний транзистор сумісний як з кров’ю, так і з водою і має здатність посилювати значні сигнали, що робить його дуже корисним для біомедичного зондування. Цей транзистор може зробити можливим розробку переносних пристроїв, які можуть виконувати обробку сигналу на місці прямо на інтерфейсі біологічного пристрою. Деякі потенційні застосування включають моніторинг частоти серцевих скорочень і рівнів натрію та калію в крові, а також відстеження рухів очей для вивчення розладів сну.

«У всій сучасній електроніці використовуються транзистори, які швидко вмикають і вимикають струм», — сказав Тобін Дж. Маркс, співавтор дослідження. «Тут ми використовуємо хімію для покращення перемикання. Наш електрохімічний транзистор виводить продуктивність на абсолютно новий рівень. Ви володієте всіма властивостями звичайного транзистора, але маєте набагато вищу провідність (міру посилення, яке він може забезпечити), надстабільну циклічність властивостей перемикання, невелику площу, яка може забезпечити інтеграцію з високою щільністю, і легку, недорогу виготовлення».

Marks є світовим лідером у галузі матеріалознавства та органічної електроніки. Він є професором каталітичної хімії Володимира Н. Іпатієва в Коледжі мистецтв і наук Вайнберга та професором матеріалознавства та інженерії та хімічної та біологічної інженерії в Інженерній школі МакКорміка.

Вертикальний електрохімічний транзистор заснований на новому вигляді електронного полімеру і має вертикальну, а не планарну, архітектуру. Він проводить як електрику, так і іони й стабільний на повітрі. Розробка та синтез нових матеріалів, а також виготовлення та характеристика транзистора вимагали спільного досвіду хіміків, матеріалознавців та біомедичних інженерів.

Маркс очолював дослідницьку групу разом з Антоніо Факкетті, професором хімії Вайнберга; Вей Хуан, тепер професор Університету електронних наук і технологій Китаю; і Джонатан Рівней, професор біомедичної інженерії в Школі Маккорміка.

«Цей захоплюючий новий тип транзистора дозволяє нам говорити мовою як біологічних систем, які часто спілкуються за допомогою іонних сигналів, так і електронних систем, які спілкуються з електронами», — сказав Рівнай. «Здатність транзисторів дуже ефективно працювати як «змішані провідники» робить їх привабливими для біоелектронної діагностики та терапії».

Це дослідження з детальним описом ефективного електрохімічного транзистора та супровідна стаття News&Views нещодавно були опубліковані в журналі Nature.

«Завдяки своїй вертикальній архітектурі наші електрохімічні транзистори можна встановлювати один на інший», — сказав Факкетті. «Таким чином, ми можемо створити дуже щільні електрохімічні комплементарні схеми, що неможливо для звичайних планарних електрохімічних транзисторів».

Для створення більш надійних і потужних електронних схем потрібні два типи транзисторів: транзистори p-типу, які несуть позитивні заряди, і транзистори n-типу, які несуть негативні заряди. Ці типи ланцюгів називають комплементарними. Проблема, з якою стикалися дослідники в минулому, полягає в тому, що транзистори n-типу складно створити й вони зазвичай нестабільні. Це перша робота, яка демонструє електрохімічні транзистори з однаковою та дуже високою продуктивністю для обох типів (p+n) електрохімічних транзисторів. Це призвело до виготовлення дуже ефективних електрохімічних комплементарних схем.