새로운 소형 유기 반도체는 유연한 전자 장치를 지원합니다

전계 효과 트랜지스터(FET)는 집적 회로, 컴퓨터 CPU 및 디스플레이 백플레인과 같은 현대 전자 제품의 핵심 빌딩 블록입니다. 유기 전계 효과 트랜지스터(OFET)는 실리콘과 같은 무기에 비해 유연하다는 장점이 있습니다.

OFET는 높은 감도, 기계적 유연성, 생체 적합성, 특성 조정 가능성 및 낮은 제조 비용을 감안할 때 웨어러블 전자 장치, 등각 건강 모니터링 센서 및 구부릴 수 있는 디스플레이와 같은 새로운 응용 분야에서 큰 잠재력을 가지고 있습니다. 말릴 수 있는 TV 화면을 상상해 보십시오. 또는 즉각적인 바이오피드백을 위해 생체 신호를 수집하기 위해 신체 가까이에 착용하는 스마트 웨어러블 전자 장치 및 의복; 또는 질병 진단, 표적 약물 수송, 소형 수술 및 기타 의료 애플리케이션을 위해 신체 내부에서 작동하는 무해한 유기 물질로 만들어진 미니 로봇.

지금까지 OFET의 성능 향상 및 양산의 주요 한계는 소형화의 어려움이었습니다. 현재 시장에 나와 있는 OFET를 사용한 제품은 제품의 유연성과 내구성 측면에서 한계가 있습니다.

홍콩 대학(HKU) 기계 공학과의 Paddy Chan Kwok Leung 박사가 이끄는 엔지니어링 팀은 엇갈린 구조의 단층 유기 전계 효과 트랜지스터를 개발하는 데 중요한 돌파구를 마련했습니다. OFET.

OFET의 크기를 줄이는 데 있어 과학자들이 직면한 주요 문제는 크기가 감소함에 따라 트랜지스터의 성능이 크게 떨어진다는 것입니다. 이것은 부분적으로 전류 흐름에 저항하는 접촉 저항(인터페이스에서의 저항) 문제 때문입니다. 장치가 작아지면 접촉 저항이 장치의 성능을 크게 저하시키는 주요 요인이 됩니다.

엇갈린 구조의 단층 OFET는 1000Ω-cm의 접촉 저항을 갖는 기존 장치와 비교하여 40Ω-cm의 기록적으로 낮은 정규화 접촉 저항을 보여줍니다. 새로운 소자는 인터페이스에서 소비되는 전력을 96% 줄일 수 있어 시스템에서 발생하는 열을 줄여준다. 이는 차례로 OFET의 크기를 무기물과 호환되는 수준인 서브마이크로미터 규모로 축소하는 동시에 고유한 유기물 특성을 나타내기 위해 여전히 효과적으로 기능할 수 있도록 합니다. Chan 박사는 "이는 상용화 요구 사항을 충족하는 데 매우 중요합니다."라고 말했습니다.

또한 이러한 OFET는 신호 대 잡음비가 개선되어 기존의 감지용 베어 전극을 사용하여 이전에 감지할 수 없었던 약한 신호를 감지할 수 있습니다.

Flexible OFET는 디스플레이 패널, 컴퓨터 및 휴대폰과 같은 기존의 강성 장치를 변형하여 유연하고 접을 수 있게 만들 수 있습니다. 이러한 미래형 장치는 무게도 훨씬 가볍고 생산 비용도 낮을 것입니다.

"게다가 유기적 특성을 감안할 때 뇌 활동 추적 센서 또는 신경 스파이크 감지와 같은 첨단 의료 응용 분야와 간질과 같은 뇌 관련 질병의 정밀 진단에 생체 적합성이 있을 가능성이 높습니다." 찬 박사가 추가했습니다.

Chan 박사의 팀은 현재 HKU 의과대학의 연구원 및 CityU의 생의학 공학 전문가와 협력하여 다양한 외부 자극 하에서 마우스 뇌의 생체 내 신경 스파이크 감지를 위한 폴리머 마이크로프로브의 유연한 회로에 소형화된 OFET를 통합하고 있습니다. 그들은 또한 OFET를 카테터와 같은 수술 도구에 통합할 계획입니다. 카테터는 동물의 뇌에 삽입되어 이상을 찾기 위해 뇌 활동을 직접 감지할 수 있습니다.