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用于混合應用的絲基晶體管將絲作為絕緣體 賦予晶體管新的傳感能力

半導體芯科技SiSC ? 來源: 半導體芯科技SiSC ? 作者: 半導體芯科技Si ? 2024-01-22 19:47 ? 次閱讀

來源:半導體芯科技編譯

蠶絲編織成的晶體管可以制造出高靈敏度的超快傳感器,這些新發現可能為這種混合器件的許多其他應用打開大門。

晶體管通常由礦物和金屬等無機材料制成。然而,在晶體管中加入有機材料可以賦予它們新的能力,例如直接對環境或人體做出反應的能力。

在一項新研究中,研究人員嘗試在晶體管中使用蠶絲。"這項研究的資深作者、馬薩諸塞州梅德福塔夫茨大學應用物理學家Fiorenzo Omenetto說:"蠶絲的用途非常廣泛,可以嵌入許多不同的分子,從而實現多種功能。"我們還可以非常精細地控制它的沉積,從而開始將生物學與技術相結合,而且它還顯示出令人難以置信的表面特性,比如原子平滑性。而且它的前體材料的溶劑是水,這使得它具有生物兼容性和可持續性"。

研究人員成功地在芯片上制作出 3 到 300 納米厚的蠶絲薄膜,并蝕刻出幾微米寬的特征。他們讓蠶絲充當晶體管內的絕緣體。

晶體管本質上是一個開關,通過開關將數據編碼為 1 和 0。它有一條金屬導線從半導體材料中進出。它還有一個被稱為柵極的電子輸入源,柵極與晶體管的其他部分由絕緣體隔開。當柵極達到閾值電壓時,會在絕緣體上產生一個電場。這反過來又哄騙半導體讓電流流過引線。

絲膜的納米級厚度有助于它們與空氣中的水分子發生反應,從而改變它們和晶體管的電氣行為。這意味著混合晶體管可以用作緊湊、超快、高靈敏度的呼吸傳感器,檢測濕度的變化。

Omenetto和他的同事們使用的是商業半導體制造中使用的制造技術。"他說:"當你能制造出十億個這樣的器件時,事情就會變得非常有趣。

科學家們指出,只要對蠶絲進行進一步改良,他們就能制造出各種各樣的混合電子器件。例如,這些設備可以分析呼吸分子,檢測一些心血管和肺部疾病或睡眠呼吸暫停。當用于血液時,它們可以幫助掃描血氧和血糖水平或抗體。

未來,Omenetto想象混合晶體管能帶來仿腦電路,這些電路可以自我訓練,對環境信號做出反應,并記錄記憶,就像人工智能系統中常用的神經網絡一樣。"Omenetto說:"我們真的希望發展功能性器件--不僅僅是單個晶體管,而是許多連接的晶體管,以實現更復雜的集成電路

審核編輯 黃宇

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