혁신적인 실 기반 트랜지스터, 유연 전자소자 새 길 열다

터프츠 대학교(Tufts University), 메드퍼드, 매사추세츠

아마(linen) 실로 트랜지스터가 만들어져, 얇은 실로만 만들어진 전자소자 제작이 가능해졌습니다. 이는 직물에 짜 넣거나 피부에 착용하거나 진단 모니터링을 위해 수술적으로 이식될 수 있습니다. 유연한 전자소자는 다양한 형태에 순응하고 기능을 손상시키지 않으면서 자유로운 움직임을 허용하는 다양한 응용을 가능하게 합니다.

실 기반 트랜지스터에서 탄소나노튜브 코팅 실이 소스(S)와 드레인(D) 와이어 사이에서 전류를 운반하며 게이트 와이어(G)에서 감지된 전압에 반응합니다. (Tufts University)

완전한 유연 회로 구현: 마지막 딱딱한 구성요소 대체

실 기반 트랜지스터(TBT)는 완전 실 기반 논리 회로와 집적 회로로 제작될 수 있습니다. 이 회로들은 현재 많은 유연 소자의 마지막 남은 딱딱한 구성요소를 대체하며, 실 기반 센서와 결합하면 완전히 유연한 다중화(multiplexed) 소자 생성을 가능하게 합니다.

대부분 유연 전자소자는 금속과 반도체를 구부릴 수 있는 구조로 패터닝하거나 본질적으로 유연한 소재인 전도성 폴리머를 사용합니다. 폴리머 및 기타 유연 소재 기반 전자소자와 비교해 실 기반 전자소자는 더 큰 유연성, 소재 다양성, 클린룸 없이 제조 가능하다는 장점이 있습니다. 실 기반 전자소자는 측정하는 생체 조직과 완벽하게 통합될 수 있을 만큼 극도로 얇고 부드럽고 유연한 진단 장치를 포함할 수 있습니다.

TBT 제조 과정: 탄소나노튜브 코팅 실과 이온겔 게이트

TBT 제작은 아마 실에 탄소나노튜브를 코팅하여 전자가 이동할 수 있는 반도체 표면을 만드는 것에서 시작합니다. 실에는 두 개의 얇은 금 와이어가 부착됩니다. 전자 '소스(source)'와 전자가 흘러나가는 '드레인(drain)'(일부 구성에서는 전자가 반대 방향으로 흐를 수 있음). 세 번째 와이어인 '게이트(gate)'는 실 주변 물질에 부착되어 게이트 와이어를 통한 미세한 전압 변화가 소스와 드레인 사이 실을 통해 큰 전류를 흐르게 합니다. 이것이 트랜지스터의 기본 원리입니다.

전해질 주입 겔이 실 주변 물질로 게이트 와이어에 연결되어 사용됩니다. 이 겔은 네트워크 구조로 자기조립하는 실리카 나노입자로 구성됩니다. 전해질 겔(또는 이온겔)은 딥코팅이나 신속한 스와빙(swabbing)으로 실에 증착할 수 있습니다. 고전적 트랜지스터에서 게이트 소재로 사용되는 고체 산화물이나 폴리머와 달리, 이온겔은 신축이나 굽힘에 강합니다.

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