《npj Flexible Electronics》国科大娄正/沈国震综述:离子凝胶在离子门控晶体管中的最新应用

2021-06-14 22:58:31 高分子材料科学

【科研摘要】

电子的多样化调控在实现多功能晶体管方面备受关注,对晶体管中的电荷载流子进行相当大的控制至关重要。离子凝胶作为晶体管中的介电材料,有利于大电容和高诱导载流子浓度。

最近, 中国科学院大学 娄正副研究员 / 沈国震研究员 在《 npj Flexible Electronics 》上发表题为 Recent advanced applications of ion-gel in ionic-gated transistor 的 综述 ,团队 介绍了离子门控晶体管 (IGT) 的最新进展,这些晶体管具有良好的机械稳定性以及高物理和化学稳定性 。 团队 首先简要介绍 IGT 在传感器、神经形态晶体管、有机晶体管电路和健康检测中的各种应用。最后,讨论了 IGT 的未来前景,并提出了一些应对挑战的可能解决方案。

【主图导读】

图 1:基于离子凝胶的电子产品的预期应用。

图 2:离子凝胶结构的类型。

图 3:用于离子凝胶晶体管的四种不同类型的聚合物材料。

图 4:由离子凝胶形成的光电晶体管的应用。

图 5:由离子凝胶晶体管制成的压电电子传感器。

图 6:由离子凝胶晶体管制成的生物传感器。

图 7:多突触的方案和功能。

图 8:IGT 实现的人工突触功能。

图 9:视觉突触的方案和功能。

图 10:由离子凝胶门控晶体管形成的集成电路功能。

【总结】

团队回顾了新兴 IGT 技术的实现进展。如前所述, 由大 EDL 电容引起的载流子使 IGT 能够在比传统电子晶体管低得多的电压下驱动,这显示了 IGT 在解决能源安全挑战方面的潜在贡献 。 然而,大规模工业化的离子凝胶层的加工和制备面临着无与伦比的挑战。旋涂、印刷等方式存在污染晶体管半导体层材料的问题,而转移方式加工精度普遍较低,处理高精度系统时任务量确实较大。 融合各种技术(R2R组合转移),可能更适合高精度IGT的快速低成本制备和应用,但在材料粘附处理和精度控制方面还需要进一步研究。

离子凝胶材料与有机场效应晶体管的良好相容性进一步改善了柔性电子技术在介电材料方面的不足。 IGT 与便携式电源的集成可以服务于健康监测和工业传感等广泛的物联网应用。此外,集成的神经形态晶体管还可以为人工智能和软机器人提供技术支持。尽管神经拟态装置的发展备受关注,但目前的进展仍仅限于少数神经或突触装置,其实现的功能都围绕着基本的生物神经功能。此外,其能耗远低于传统晶体管,但仍高于生物水平。最后,多输入神经形态晶体管为模拟生物神经的多重连接提供了一种替代模型,多个门之间的权重调制也是进一步研究的重要领域。综上所 述, 无论是 EDL特性促成的超高电场在低维系统中的应用,还是通过神经形态器件实现生物神经网络,其对科学研究和实际应用的影响都是颠覆性的。

参考文献 :

doi.org/10.1038/s41528-021-00110-2

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