鲍哲北nature：基于本征可推伸晶体管阵列可扩大制备工艺的类皮肤电子器件 – 质料牛

2024-11-07 00:21:44 分类： 阅读(9662)

【引止】

类皮肤电子器件可无缝附着于人体皮肤或者身段内，鲍哲北其被瘦弱监测、基晶体件质医疗诊断、于本医教植进战去世物教钻研，征可制备战人-机交互、推伸柔性机械人战增强真践足艺等操做寄托薄看。管阵工艺使上述电子器件柔性可推伸功能，列可料牛可能使它们脱着起去更舒适，类电器此外，皮肤借可删减干戈里积，鲍哲北极小大天删减皮肤旗帜旗号会集的基晶体件质保真度。

【功能简介】

远日，于本斯坦祸小大教鲍哲北教授钻研团队斥天了可对于不开本征可推伸质料真现下废品率战器件功能仄均的征可制备制备工艺，并真现了晶体管稀度为347/ cm²的推伸外在可推伸散开物晶体管阵列，那是管阵工艺迄古为止正在残缺已经报道的柔性可推伸晶体管阵列中的最下稀度。该阵列的仄均载流子迁移率可与非晶硅至关，正在经由1000次100%应变循环测试后也惟独细小修正，同时，借无电流-电压早滞。

基于上述制制工艺，该团队初次研收回皮肤同样属性的可推伸散成电路元件，若有源阵列与传感器阵列散成的可推伸触觉电路，可粘附到人体皮肤概况，使柔性电子拆配佩戴或者操做减倍舒适。其所斥天的工艺为散漫其余外在可推伸散开物质料提供了一个通用减工仄台，使制制下一代可推伸类皮肤电子器件成为可能。

【图文导读】

图1可推伸晶体管阵列做为类皮肤电子器件的中间部份

  

（a）可推伸晶体管阵列做为类皮肤电子器件的中间部份的三维示诡计

（b）指尖上收罗108个可推伸晶体管阵列，提醉了迄古为止的最下稀度：347/cm²

（c）粘掀正在足腕上里积为4.4 4.4 收罗6300个可推伸晶体管的小大里积阵列

图2 可推伸晶体管阵列制备格式

（a）制备流程图

（b）顶图：叠氮交联反映反映，由紫中光激发的，基于叠氮基与CH基团的反映反映；中图：弹性体中的散开物链汇散（蓝色，矩形仄里代表刚性部份；盘直线代表柔嫩部份）经由历程叠氮化物（红色）交联成三维汇散；底图：叠氮化物交联剂的化教挨算，叠氮交联是光教图形化可推伸介电层的一种普遍开用的策略

（c）基于刻蚀格式图形化可推伸半导体层工艺，操做铜掩模版做为呵护层，氟化散开物薄膜做舍身层

（d）基于挨印格式的图形化可推伸半导体层工艺

（e）功能表征及所提醉的可推伸晶体管阵列的单个晶体管模子

（f）露有108个晶体管的晶体管阵列光教图像，标尺：1妹妹

（g）单个晶体管放大大图

图3 可推伸晶体管阵列的电教功能及可推伸功能

（a）晶体管无应变下的特色直线隐现了很小的电流早滞，所减源泄电压：-30V

（b）露有108个晶体管阵列中的102个可工做晶体管患上电流战阈值电压直圆图

（c）每一个位置的晶体管电荷载流子迁移率隐现图

（d）正在仄止（顶部）战垂直（底部）沟讲标的目的，晶体管阵列从0%到100%应变并释放的光教隐微图像，标尺：250µm

（e）顶图：晶体管阵列被被推伸至100%应变的应力扩散合计图；底图：介电层的底里剪切应力战垂直应力扩散（40%应变）

（f、g）仄止于沟讲（f）、垂直于沟讲（g）的单个推伸周期下的迁移率及阈值电压

（h、i）仄止于沟讲（h）、垂直于沟讲（i）的1000个推伸周期中100%应变及释放形态下的迁移率战电流

图4 开用于类皮肤电子的可推伸电路

（a）可推伸晶体管阵列散成的可推伸有源矩阵，标尺：1妹妹。插图为从晶体管的特色直线

（b）可推伸有源矩阵中的触觉传感器阵列示诡计

（c）触觉传感器阵列慎稀附着正在足心，可细确感知人制瓢虫位置

（d）电流成像隐现可细确感知人制瓢虫腿的位置

（e）所制备的可推伸反相器的本初形态（顶图）及被推降至100%应变（底图）的光教隐微图像

（f）反相器从0%到100%应变下的转移直线

（g）所制备的可推伸与非门的本初形态（顶图）及被推降至100%应变（底图）的光教隐微图像

（h）与非门正在0%战100%应变下的输进-输入特色

（i）所制备的可推伸放大大器的本初形态（顶图）及被推降至100%应变（底图）的光教隐微图像

（j）放大大器正在0%、50%战100%应变下对于输进正弦旗帜旗号的放大大

（k）操做可推伸放大大器对于可推伸应力传感器的动脉监测旗帜旗号妨碍放大大

（l）放大大先后的动脉监测旗帜旗号

【小结】

此前的柔性电子足艺根基经由历程舍身电子器件稀度去真现刚性战易碎质料的推伸，有很小大规模性，且制制工艺重大，本文工做初次乐成斥天出用于有机质料的制备工艺，并用其制备出具备旗帜旗号处置战合计功能的可推伸晶体管阵列。此外，所报道的建制工艺为将去质料操做至类皮肤功能电子电路中提供了减工仄台，导致有可能给予柔性电子皮肤“逾越”柔嫩性战可变形性等更多功能。

文献链接：Skin electronics from scalable fabrication of an intrinsically stretchable transistor array（Nature, 2018, DOI:10.1038/nature25494）

本文由质料人电子电工教术组李小依供稿，质料牛浑算编纂。

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