本征上可伸缩的电子设备可以与人体形成紧密的界面,从而创建可用于监视生理信号而又不限制运动的设备。然而,机械应变总是导致器件的电子性能下降。
斯坦福大学Zhenan Bao课题组与芝加哥大学Sihong Wang课题组合作报道了可以使用全弹性体应变工程方法创建对应变不敏感的本质上可拉伸的晶体管阵列,其中将具有可调刚度的图案化弹性体层合并到晶体管结构中。通过改变弹性体的交联密度,引入了增加局部刚度的区域,从而减小了装置的有源区域上的应变。这种方法可以很容易地结合到现有的制造过程中,我们用它来创建阵列,其器件密度为每平方厘米340个晶体管,并且在拉伸到100%应变时应变不敏感度小于5%。 作者还展示了它可用于制造对应变不敏感的电路元件,包括与非门,环形振荡器和高增益放大器,以稳定地监测电生理信号。
图1:具有图案应变分布的应变不敏感的本征可拉伸晶体管阵列。
图2:具有图案应变分布的本征可拉伸晶体管阵列的性能均匀性。
图3:在高达100%的整体应变下,晶体管阵列的电气性能。
图4:可调的机械稳定性和设备密度。
图5:应变不敏感的数字和模拟电路,用于人体电生理信号调节。
作者在前三年工作的基础上(见相关阅读)报道了应变不敏感的,本征上可拉伸的晶体管阵列和电路,这些晶体管和电路是使用全弹性体工艺施加局部刚度而创建的。使用这种方法,作者解决了现有的可拉伸晶体管和电路中的两个先前的局限性:受应变限制的电气性能和相对较低的电路性能。通过调节可拉伸电子器件的组成,可以根据特定的应用需求来调整电子功能和机械稳定性之间的平衡。此外,这种对应变不敏感的设计拓宽了材料的选择范围,因此可以进一步提高固有可拉伸电子器件的性能。我们的方法实现了可穿戴电子设备的所有理想参数,包括高设备密度,先进的电子功能,高可拉伸性和应变不敏感性,并且在本质上可拉伸的电子设备的发展中可以发挥重要作用。
【参考文献】
https://www.nature.com/articles/s41928-020-00525-1
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