ニュース

Mar 07, 2023

ウェアラブル用縦型電気化学トランジスタ

Un gruppo di ricerca interdisciplinare presso la Northwestern University

ノースウェスタン大学の学際的な研究チームは、軽量で柔軟な高性能バイオエレクトロニクス用のトランジスタを開発しました。 電気化学トランジスタは血液や水と互換性があり、重要な信号を増幅できるため、生物医学センシングに特に役立ちます。 このようなトランジスタを使用すると、ウェアラブル デバイスが生物学とデバイスのインターフェイスでオンサイトで信号処理できるようになる可能性があります。 潜在的な用途には、睡眠障害を研究するための心拍数や血中のナトリウムとカリウムのレベル、目の動きの測定などが含まれます。

「現代の電子機器はすべて、電流を急速にオン/オフするトランジスタを使用しています」と、この研究の共同責任著者であり、ワインバーグ芸術科学大学触媒化学のウラジミール・N・イパティエフ教授であるトービン・J・マークス氏は言う。マコーミック工学部で材料科学および工学および化学および生物工学の学位を取得しました。 「ここでは、スイッチングを強化するために化学を使用しています。当社の電気化学トランジスタは、性能をまったく新しいレベルに引き上げています。従来のトランジスタのすべての特性を備えていますが、はるかに高い相互コンダクタンス (提供できる増幅の尺度)、超安定したサイクルスイッチング特性、高密度集積化を可能にする小さな設置面積、そして容易で低コストの製造が可能です。」

縦型電気化学トランジスタは、新しい種類の電子ポリマーと、平面ではなく縦型のアーキテクチャに基づいています。 電気とイオンの両方を伝導し、空気中で安定です。 新しい材料の設計と合成、およびトランジスタの製造と特性評価には、化学者、材料科学者、生物医学エンジニアの協力した専門知識が必要でした。

マークス氏は、ワインバーグ大学の化学研究教授であるアントニオ・ファッケッティ氏とともに研究チームを率いた。 黄魏氏は現在、中国電子科学技術大学の教授。 マコーミックスクールの生体医工学教授、ジョナサン・リブネイ氏。

「このエキサイティングな新しいタイプのトランジスタにより、イオン信号を介して通信することが多い生物学的システムと、電子と通信する電子システムの両方の言語を話すことができるようになります」とリブネイ氏は言う。 「トランジスタは混合導体として非常に効率的に動作する能力があるため、生体電子診断や治療にとって魅力的なものとなっています。」

「垂直構造により、当社の電気化学トランジスタは次々と積み重ねることができます」とファッケッティ氏は言います。 「したがって、従来の平面型電気化学トランジスタでは不可能な、非常に高密度の電気化学相補回路を作ることができます。」

より信頼性が高く強力な電子回路を作成するには、正の電荷を運ぶ p 型トランジスタと負の電荷を運ぶ n 型トランジスタの 2 種類のトランジスタが必要です。 このような回路を相補回路と呼びます。 研究者たちが過去に直面した課題は、n 型トランジスタは構築が難しく、通常は不安定であるということでした。

これは、両方のタイプ (p+n) 電気化学トランジスタに対して同様の非常に高い性能を備えた電気化学トランジスタを実証した最初の研究です。 これにより、非常に効率的な電気化学相補回路が作製されました。

ノースウェスタン大学 https://www.northwestern.edu

研究について: この研究は、Nature 誌に掲載され、「相補回路のための垂直有機電気化学トランジスタ」と題されています。 Huang、Jianhua Chen、Yao Yao は共同筆頭著者です

この号の詳細をチェックして、次に読む記事を見つけてください。