Tranzistoriaus veikimo metu susidaro skylės kanalas, o katijonų sukeltas elektrinis dvigubas sluoksnis
Seulo nacionalinio universiteto tyrėjai sukūrė itin žemos įtampos elektrocheminį organinį šviesą skleidžiantį tranzistorių, kuris viename puslaidininkiniame įrenginyje gali vienu metu atlikti signalo apdorojimą, atmintį ir šviesos spinduliavimą. Į šviesą skleidžiantį polimerinį puslaidininkinį kanalą įvedus jonų pernašos stipriklį, komanda leido suformuoti elektrinį dvigubą sluoksnį dreno elektrodo sąsajoje, taip efektyviai įpurškiant elektronus, nenaudojant aukštų įtampų ar nestabilaus n tipo legiravimo, naudojamo įprastuose metoduose.
Dėl to įrenginys išlaikė paprastą vieno aktyvaus sluoksnio struktūrą, tuo pačiu pasiekdamas tiek žemos įtampos veikimą, tiek platų, erdvėje pritvirtintą šviesos spinduliavimą kartu su neuromorfinio signalo apdorojimo funkcija.
Darbas publikuojamas žurnale „Nature Materials“.
Nešiojamoji elektronika sparčiai vystosi – nuo išmaniųjų laikrodžių ir išmaniųjų akinių iki naujos kartos patogių naudoti platformų, o ateityje plečiasi ir į ant odos dedamus bei implantuojamus prietaisus.
Visų pirma, ant odos tvirtinami nešiojami prietaisai kartu su integruotomis puslaidininkių technologijomis, kurios vienoje platformoje sujungia jutimo, signalo apdorojimo, atminties ir ekrano funkcijas, laikomos pagrindinėmis naujos kartos sveikatos priežiūros ir ateities elektronikos pramonės plėtros technologijomis.
Pastaruoju metu nešiojama elektronika pažengė toliau nei paprastas biosignalų aptikimas, o dabar link realaus laiko signalų apdorojimo ir vizualizavimo.
Tačiau iki šiol šios funkcijos paprastai buvo įgyvendinamos naudojant atskirus prijungtus įrenginius, todėl susidarė sudėtingos struktūros, dideli ir standūs komponentai bei didelės energijos sąnaudos. Todėl kelių funkcijų integravimas į paprastą įrenginio architektūrą tapo dideliu iššūkiu.
1. Kodėl dabartiniai įrenginiai neatitinka lūkesčių
Organiniai šviesą skleidžiantys tranzistoriai patraukė dėmesį kaip perspektyvūs kandidatai naujos kartos nešiojamai elektronikai, nes jie gali sujungti tranzistorių ir šviesos diodų funkcijas viename įrenginyje.
Tačiau įprastiems organiniams tranzistoriams su šonine elektrodų struktūra reikalinga aukšta 80–180 V darbinė įtampa dėl didelio atstumo tarp elektrodų ir didelio elektronų įpurškimo barjero.
Net ir tada, kai elektrocheminis jonų legiravimas naudojamas darbinei įtampai sumažinti, vis tiek reikia daugiau nei 3,5 V, o emisijos zona išlieka siaura ir nestabili, todėl praktinis panaudojimas tikruose ekranuose ir išmaniosiose nešiojamose elektroninėse sistemose yra ribotas.
2. Kaip veikia naujasis tranzistorius
Mokslininkų komanda sukūrė itin žemos įtampos elektrocheminį organinį šviesą skleidžiantį tranzistorių, kuris integruoja signalo apdorojimą, atmintį ir šviesos spinduliavimą viename organiniame tranzistoriuje.
Į aktyvųjį sluoksnį įtraukdama jonų pernašos stiprintuvą, kad elektrodo sąsajoje susidarytų elektrinis dvigubas sluoksnis, komanda pristatė naują efektyvaus elektronų įpurškimo mechanizmą, nesiremdama įprastuose metoduose naudojama aukšta įtampa ar nestabiliu legiravimu.
Tai leido šviesą skleisti net esant < 3,5 V įtampai, kuri anksčiau buvo laikoma per žema veikimui, išlaikant plačią ir stabilią emisijos zoną.
Įrenginys taip pat pasižymėjo signalo apdorojimo ir atminties savybėmis, atsakai kaupėsi veikiant pasikartojantiems dirgikliams ir išliko laikui bėgant, o tai buvo dar kartą pademonstruota lanksčioje nešiojamoje ekrano sistemoje, maitinamoje tik dviem 1,5 V baterijomis.
Šis tyrimas rodo, kad stabilus šviesos spinduliavimas ir išmanus funkcionalumas gali būti pasiekti vienu metu net ir paprastoje vieno aktyvaus sluoksnio architektūroje, o tai labai išplečia organinių tranzistorių potencialą nešiojamoms reikmėms.
3. Galimas poveikis nešiojamiesiems įrenginiams
Šis tyrimas yra reikšmingas tuo, kad jame integruotas signalo apdorojimas, atmintis ir šviesos spinduliavimas į vieną įrenginį, sumažinant įprastų nešiojamų elektroninių sistemų, kurioms reikia pagaminti ir sujungti kelis atskirus komponentus, apribojimus.
Visų pirma, demonstruojant kaupiamuosius ir išlaikomuosius atsakus į įvesties stimulus, pabrėžiamas naujos kartos elektronikos, galinčios apdoroti informaciją ir nedelsiant parodyti rezultatą per šviesą, potencialas.
Nors įprasti nešiojami įrenginiai apsunkina matuojamų signalų tikrinimą realiuoju laiku judant, ši technologija yra skirta stebėjimui realiuoju laiku ir neatidėliotinam informacijos teikimui.
Tikimasi, kad ji bus išplėsta į tokias sritis kaip reabilitacija, skubi pacientų priežiūra, fizinio krūvio stebėjimas, ant odos montuojama elektronika ir išmanioji sveikatos priežiūra, ir gali būti pagrindinė technologija susijusioms pramonės šakoms.
Profesorius Tae-Woo Lee pademonstravo pasaulyje pirmaujančią mokslinių tyrimų konkurencingumą, 2026 m. iš eilės paskelbdamas publikacijas žurnale „Science“ ir „Nature“.
Šis darbas peržengia įprastų šviesą skleidžiančių įtaisų ribas, integruodamas šviesos emisijos, signalo apdorojimo ir atminties funkcijas į vieną žemos įtampos puslaidininkinį įtaisą, pristatydamas naują kryptį naujos kartos išmaniajai nešiojamai elektronikai.
Tyrimui vadovavęs profesorius Tae-Woo Lee sakė: „Šis darbas yra ypač reikšmingas tuo, kad jis parodo, jog visas funkcijas galima integruoti į vieną puslaidininkinį įtaisą, nereikia atskirai gaminti ir prijungti apdorojimo, atminties ir ekrano įrenginių.“
Jis pridūrė: „Ateityje planuojame toliau plėtoti šią technologiją į ant odos dedamą puslaidininkių platformą, taikomą išmaniajai dirbtinei odai ir nešiojamai sveikatos priežiūrai.“
Ši technologija taip pat reikšminga tuo, kad ji pranoksta įprastus šviesą skleidžiančius puslaidininkius, demonstruodama daugiafunkciškumą viename žemos įtampos puslaidininkiniame įrenginyje.
Šia prasme tai atveria naują kryptį išmaniųjų, ant odos dedamų elektronikos prietaisų, kurie leidžia žmonėms ir mašinoms sąveikauti realiuoju laiku, srityje.
Įrašo laikas: 2026 m. birželio 22 d.