소식

Mar 07, 2023

웨어러블용 수직형 전기화학 트랜지스터

학제간 노스웨스턴 대학교 연구팀은 다음과 같은 방법을 개발했습니다.

노스웨스턴대학교(Northwestern University) 학제간 연구팀은 가볍고 유연한 고성능 생체전자공학을 위한 트랜지스터를 개발했습니다. 전기화학 트랜지스터는 혈액 및 물과 호환되며 중요한 신호를 증폭할 수 있어 특히 생체의학 감지에 유용합니다. 이러한 트랜지스터는 생물학 장치 인터페이스에서 현장 신호 처리를 위한 웨어러블 장치를 구현할 수 있습니다. 잠재적인 응용 분야에는 심장 박동 측정, 혈중 나트륨 및 칼륨 수치 측정, 수면 장애 연구를 위한 안구 운동 등이 포함됩니다.

"모든 현대 전자 장치는 전류를 빠르게 켜고 끄는 트랜지스터를 사용합니다"라고 이번 연구의 공동 교신저자이자 Weinberg College of Arts and Sciences의 촉매 화학과 Vladimir N. Ipatieff 교수이자 교수인 Tobin J. Marks는 말합니다. McCormick School of Engineering에서 재료 과학 및 공학, 화학 및 생물 공학을 전공했습니다. "여기서 우리는 스위칭을 향상시키기 위해 화학을 사용합니다. 우리의 전기화학 트랜지스터는 성능을 완전히 새로운 수준으로 끌어올렸습니다. 기존 트랜지스터의 모든 특성을 가지지만 훨씬 더 높은 상호 컨덕턴스(전달할 수 있는 증폭의 척도), 극도로 안정적인 사이클링 스위칭 특성, 고밀도 통합을 가능하게 하는 작은 설치 공간, 쉽고 저렴한 제조 비용이 특징입니다."

수직형 전기화학 트랜지스터는 새로운 종류의 전자 폴리머와 평면형이 아닌 수직형 아키텍처를 기반으로 합니다. 전기와 이온을 모두 전도하며 공기 중에서 안정적입니다. 새로운 재료의 설계 및 합성과 트랜지스터의 제조 및 특성화에는 화학자, 재료 과학자 및 생의학 엔지니어의 공동 전문 지식이 필요했습니다.

Marks는 Weinberg의 화학 연구 교수인 Antonio Facchetti와 함께 연구팀을 이끌었습니다. 현재 중국 전자과학기술대학교 교수인 Wei Huang; 그리고 McCormick School의 생체의학 공학 교수인 Jonathan Rivnay도 있습니다.

"이 흥미로운 새로운 유형의 트랜지스터를 통해 우리는 종종 이온 신호를 통해 통신하는 생물학적 시스템과 전자와 통신하는 전자 시스템의 언어를 말할 수 있습니다."라고 Rivnay는 말합니다. "혼합 전도체로서 매우 효율적으로 작동하는 트랜지스터의 능력은 생체 전자 진단 및 치료에 매력적입니다."

Facchetti는 “수직 구조를 통해 우리의 전기화학 트랜지스터를 다른 것 위에 쌓아 올릴 수 있다”고 말했습니다. "따라서 우리는 기존의 평면 전기화학 트랜지스터로는 불가능한 매우 조밀한 전기화학 보완 회로를 만들 수 있습니다."

보다 안정적이고 강력한 전자 회로를 만들려면 양전하를 운반하는 p형 트랜지스터와 음전하를 운반하는 n형 트랜지스터라는 두 가지 유형의 트랜지스터가 필요합니다. 이러한 유형의 회로를 보완 회로라고 합니다. 과거에 연구자들이 직면한 과제는 n형 트랜지스터가 제작하기 어렵고 일반적으로 불안정하다는 것입니다.

이는 두 가지 유형(p+n) 전기화학 트랜지스터에 대해 유사하고 매우 높은 성능을 갖는 전기화학 트랜지스터를 시연한 최초의 연구입니다. 이로 인해 매우 효율적인 전기화학적 보완 회로가 제작되었습니다.

노스웨스턴 대학교 https://www.northwestern.edu

연구 소개: Nature 저널에 발표된 이 연구의 제목은 "상보 회로를 위한 수직 유기 전기화학 트랜지스터"입니다. Huang, Jianhua Chen, Yao Yao가 공동 제1저자입니다.

이번 호에서 더 많은 내용을 확인하고 다음 기사를 읽어보세요.