鲍哲南团队最新Nature！ – 质料牛

具备皮肤机械特色的鲍哲本征可拉伸电子配置装备部署，已经被判断为新兴运用的南团有前途的平台，有望实现舒适、队最大规模以及高保真的料牛心理监测、瘦弱情景的鲍哲实时合成、部份治疗、南团假肢的队最感应行动功能重修以及增强事实。为了实现器件的料牛不同性以及可拉伸性，当初有三种差距的鲍哲措施被钻研进去：(1)妄想工程，如愚昧妄想，南团褶皱妄想或者kirigami妄想；(2)可拉伸导线衔接有源元件刚度工程；(3)本征可拉伸的队最电子学。其中，料牛本征可拉伸的鲍哲电子产物具备纵然在行动以及尺寸变更时也能与机关详尽打仗的配合优势，是南团成为人机界面，可衣着以及可植入的队最事实平台。为了实现先进的类皮肤电子器件所需的传感、处置以及驱动功能，需要高功能的外在可拉伸晶体管以及大规模集成电路。为了实现这一目的，经由质料立异以及配置装备部署工程，已经做出了大批自动来开拓可拉伸电子产物。可是在实现地面央分说率以及电气功能方面依然存在挑战。尽管最近在质料妄想方面的试验实现为了可直接光刻的导体、半导体以及介电层，以及器件密度的后退，但可拉伸器件的电功能依然比大少数柔性薄膜器件低多少个数目级，特意是在短通道长度，由于半导体载流子迁移率低，金属半导体打仗电阻高。在电路层面，迄今为止运用本征可拉伸质料实现的最大集成具备54个晶体管以及14个逻辑门。此外，当初报道的最高运行速率仅为330 Hz，远低于实际运用要求(好比，>10 kHz的展现驱动，信号调节或者心理监测运用)。因此，当初的类皮肤电子配置装备部署只能实现根基功能，好比用有限数目的输入端子来处置飞快的信号。当初的技术只能抵达非晶硅水平的电功能(电荷载流子迁移率约为1 cm²V⁻¹s⁻¹)，低集陋习模(好比，每一个电路54个晶体管)以及有限的功能。

克日，美国斯坦福大学鲍哲南钻研团队在Nature上宣告了题为“High-speed and large-scale intrinsically stretchable integrated circuits”的文章，该项钻研报道了具备高驱动能耐、高运算速率以及大规模集成的高密度、本征可拉伸的晶体管以及集成电路。它们是由质料、制作工艺妄想、配置装备部署工程以及电路妄想方面的立异组合而成。本征可拉伸晶体管在100%应变下的平均场效应迁移率逾越20 cm²V⁻¹s⁻¹，器件密度为每一平方厘米 100000个晶体管，搜罗互连以及在5 V电源电压下约2 μAμm⁻¹的高驱动电流。这些参数与基于金属氧化物、碳纳米管以及多晶硅质料在塑料基板上的开始进柔性晶体管至关。该项钻研初次在本征可拉伸电子器件中实现为了具备逾越1000个晶体管以及大于1 MHz级切换频率的大规模集成电路。此外，该项钻研揭示了一种逾越人类皮肤感知能耐的高通量盲文识别零星，该零星主要由具备创记实的每一平方厘米2500个单元的高密度有源矩阵触觉传感器阵列以及具备60 Hz高刷新速率以及卓越机械鲁棒性的发光二极管展现器实现。器件功能的上述普及大大增强了类皮肤电子器件的能耐。

图1本征可拉伸高功能类皮肤电子产物© 2024 Springer Nature

图2基于光刻技术的本征可拉伸电路制作工艺© 2024 Springer Nature

图3高功能本征可拉伸晶体管阵列的电气以及机械特色© 2024 Springer Nature

图4本征可拉伸、高速以及大规模集成电路© 2024 Springer Nature

图5高分说率本征可拉伸有源矩阵触觉传感以及LED展现© 2024 Springer Nature

经由公平的质料妄想以及制备，加工以及器件工程，该项钻研实现为了具备1000多个晶体管的大规模本征可拉伸集成电路，并将级切换频率后退到兆赫兹地域，实现为了创记实的高晶体管阵列密度、精采的机械安妥性、高良率以及高驱动能耐，具备亘古未有功能的本征可拉伸皮肤集成电路的里程碑意思。公平的质料抉择、界面工程以及工艺妄想，最大限度地削减了晶体管沟道长度，同时飞腾了寄生电容以及互连电阻。该项钻研妄想的本征可拉伸晶体管阵列被用来演示(1)高分说率盲文识别以及小物体的形态感知，逾越了人类皮肤的能耐；(2)具备60 Hz刷新率且变形下功能晃动的LED展现屏。该项钻研妄想的高功能本征可拉伸电子产物是实现未来实际皮肤运用中种种功能的关键组成部份，好比，心理信号的高频收集、当地缩漂亮阵列、皮肤合计、展现以及闭环驱动。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07096-7

(责任编辑：探索)