در طول عملکرد ترانزیستور، یک کانال حفرهای تشکیل میشود، در حالی که یک لایه دوگانه الکتریکی القا شده توسط کاتیون
محققان دانشگاه ملی سئول یک ترانزیستور نشر نور ارگانیک الکتروشیمیایی با ولتاژ بسیار پایین توسعه دادهاند که میتواند همزمان پردازش سیگنال، حافظه و نشر نور را در یک دستگاه نیمههادی واحد انجام دهد. این تیم با معرفی یک تقویتکننده انتقال یون به کانال نیمههادی پلیمری نشر نور، تشکیل دولایه الکتریکی در رابط الکترود تخلیه را امکانپذیر کرد و امکان تزریق کارآمد الکترون را بدون تکیه بر ولتاژهای بالا یا آلایش ناپایدار نوع n که در رویکردهای مرسوم استفاده میشود، فراهم کرد.
در نتیجه، دستگاه ساختار تک لایه فعال سادهای را حفظ کرد و در عین حال به عملکرد ولتاژ پایین و انتشار نور گسترده و فضایی، همراه با قابلیت پردازش سیگنال نورومورفیک، دست یافت.
این اثر در مجله Nature Materials منتشر شده است.
لوازم الکترونیکی پوشیدنی به سرعت در حال تکامل فراتر از ساعتهای هوشمند و عینکهای هوشمند به پلتفرمهای کاربرپسند نسل بعدی هستند و در آینده به سمت دستگاههای روی پوست و کاشتنی گسترش خواهند یافت.
به طور خاص، دستگاههای پوشیدنی روی پوست، همراه با فناوریهای نیمههادی یکپارچه که حسگری، پردازش سیگنال، حافظه و عملکردهای نمایش را در یک پلتفرم واحد ترکیب میکنند، به عنوان فناوریهای کلیدی توانمندساز برای مراقبتهای بهداشتی نسل بعدی و صنعت الکترونیک آینده در نظر گرفته میشوند.
اخیراً، لوازم الکترونیکی پوشیدنی فراتر از تشخیص ساده سیگنالهای زیستی به سمت پردازش و تجسم سیگنال در زمان واقعی پیشرفت کردهاند.
با این حال، تاکنون، این عملکردها معمولاً با استفاده از دستگاههای متصل جداگانه پیادهسازی شدهاند که منجر به ساختارهای پیچیده، اجزای حجیم و سفت و سخت و مصرف انرژی بالا شده است. بنابراین، ادغام چندین عملکرد در یک معماری دستگاه ساده به یک چالش بزرگ تبدیل شده است.
۱. چرا دستگاههای فعلی ناکارآمد هستند؟
ترانزیستورهای آلی ساطعکننده نور به عنوان کاندیداهای امیدوارکننده برای نسل بعدی لوازم الکترونیکی پوشیدنی توجه زیادی را به خود جلب کردهاند، زیرا میتوانند عملکردهای ترانزیستور و دیود ساطعکننده نور را در یک دستگاه واحد ترکیب کنند.
با این حال، ترانزیستورهای آلی مرسوم با ساختار الکترود جانبی به دلیل فاصله زیاد بین الکترودها و سد بزرگ تزریق الکترون، به ولتاژهای عملیاتی بالا بین ۸۰ تا ۱۸۰ ولت نیاز دارند.
حتی زمانی که از آلایش یونی الکتروشیمیایی برای کاهش ولتاژ عملیاتی استفاده میشود، هنوز به بیش از ۳.۵ ولت نیاز است و ناحیه انتشار باریک و ناپایدار باقی میماند و استفاده عملی در نمایشگرهای واقعی و سیستمهای الکترونیکی پوشیدنی هوشمند را محدود میکند.
۲. ترانزیستور جدید چگونه کار میکند؟
این تیم تحقیقاتی یک ترانزیستور نشر نور ارگانیک الکتروشیمیایی با ولتاژ بسیار پایین توسعه دادهاند که پردازش سیگنال، حافظه و نشر نور را در یک ترانزیستور ارگانیک واحد ادغام میکند.
با گنجاندن یک تقویتکننده انتقال یون در لایه فعال برای القای تشکیل لایه دوگانه الکتریکی در سطح مشترک الکترود، این تیم مکانیسم جدیدی را برای تزریق کارآمد الکترون بدون تکیه بر ولتاژهای بالا یا آلایش ناپایدار مورد استفاده در رویکردهای مرسوم معرفی کرد.
این امر امکان انتشار نور را حتی در ولتاژهای کمتر از ۳.۵ ولت، که قبلاً برای کار بسیار کم در نظر گرفته میشد، فراهم کرد، در حالی که یک ناحیه انتشار وسیع و پایدار را حفظ میکرد.
این دستگاه همچنین ویژگیهای پردازش سیگنال و حافظه را نشان داد، به طوری که پاسخها تحت محرکهای مکرر جمع شده و در طول زمان حفظ میشدند، و در یک سیستم نمایشگر پوشیدنی انعطافپذیر که تنها با دو باتری ۱.۵ ولتی کار میکرد، بیشتر نشان داده شد.
این مطالعه نشان میدهد که حتی در یک معماری ساده تک لایه فعال، میتوان به طور همزمان به انتشار نور پایدار و عملکرد هوشمند دست یافت و پتانسیل ترانزیستورهای آلی را برای کاربردهای پوشیدنی تا حد زیادی گسترش داد.
۳. تأثیر بالقوه بر پوشیدنیها
این مطالعه از این جهت اهمیت دارد که پردازش سیگنال، حافظه و انتشار نور را در یک دستگاه واحد ادغام میکند و محدودیتهای سیستمهای الکترونیکی پوشیدنی مرسوم را که نیاز به ساخت و اتصال چندین جزء جداگانه دارند، کاهش میدهد.
به طور خاص، با نشان دادن پاسخهای تجمعی و ماندگار به محرکهای ورودی، پتانسیل الکترونیک نسل بعدی را که میتواند اطلاعات را پردازش کرده و بلافاصله نتیجه را از طریق نور نمایش دهد، برجسته میکند.
در حالی که دستگاههای پوشیدنی مرسوم، بررسی سیگنالهای اندازهگیری شده را در زمان واقعی هنگام حرکت برای کاربران دشوار میکنند، این فناوری به نظارت در زمان واقعی و ارائه فوری اطلاعات اشاره دارد.
انتظار میرود این فناوری به کاربردهایی مانند توانبخشی، مراقبتهای اورژانسی از بیماران، نظارت بر ورزش، لوازم الکترونیکی روی پوست و مراقبتهای بهداشتی هوشمند گسترش یابد و ممکن است به عنوان یک فناوری کلیدی توانمندساز برای صنایع مرتبط عمل کند.
پروفسور تائه-وو لی با انتشار مقالات متوالی در مجلات Science و Nature در سال ۲۰۲۶، رقابتپذیری پژوهشی پیشرو در سطح جهانی را نشان داده است.
این کار با ادغام انتشار نور، پردازش سیگنال و عملکردهای حافظه در یک دستگاه نیمههادی واحد در ولتاژ پایین، فراتر از دستگاههای ساطعکننده نور مرسوم میرود و مسیر جدیدی را برای الکترونیک پوشیدنی هوشمند نسل بعدی ارائه میدهد.
پروفسور تائه-وو لی، که رهبری این مطالعه را بر عهده داشت، گفت: «این کار به ویژه از این جهت معنادار است که نشان میدهد همه عملکردها را میتوان در یک دستگاه نیمههادی واحد ادغام کرد، بدون اینکه نیازی به ساخت و اتصال جداگانه واحدهای پردازش، حافظه و نمایشگر باشد.»
او افزود: «در ادامه، ما قصد داریم این فناوری را به یک پلتفرم نیمهرسانای روی پوست تبدیل کنیم که برای پوست مصنوعی هوشمند و مراقبتهای بهداشتی پوشیدنی قابل استفاده باشد.»
این فناوری همچنین از این جهت قابل توجه است که با نشان دادن چندمنظوره بودن در یک دستگاه نیمهرسانای ولتاژ پایین، فراتر از نیمهرساناهای ساطعکننده نور مرسوم میرود.
از این نظر، این فناوری مسیر جدیدی را برای الکترونیک پوشیدنی هوشمند روی پوست ارائه میدهد که تعامل بلادرنگ بین انسان و ماشین را امکانپذیر میکند.
زمان ارسال: ۲۲ ژوئن ۲۰۲۶