Un nou design de transistor îmbunătățește precizia tehnologiilor de piele electronică portabilă
Progresele recente în domeniul electronicelor miniaturizate și portabile, în special al dispozitivelor purtabile și flexibile, au crescut cererea pentru tehnologii de sensing autoalimentate.
Printre acestea, generatoarele nanotriboelectrice (TENGs) au atras o atenție crescută în dezvoltarea senzorilor tactili extrem de sensibili. TENGs convertesc stimuli mecanici externi în semnale electrice prin redistribuirea sarcinilor electrice. Acestea sunt deosebit de atractive pentru dezvoltarea pielii electronice avansate și a roboticii inteligente. Cu toate acestea, dispozitivele tribotronice convenționale suferă de o sensibilitate nonreglabilă și prezintă provocări în integrarea în arhitecturi de mari dimensiuni, limitând aplicațiile practice.
Pentru a aborda aceste limitări, o echipă de cercetare condusă de Associate Professor Jaekyun Kim de la Departamentul de Fotonica și Nanoelectronica de la Universitatea Hanyang din Coreea de Sud a dezvoltat un nou transistor tribotronic dual-gated, integrat vertical. „Arhitectura noastră verticală cu două porți nu doar că oferă amplificarea reglabilă a răspunsurilor triboelectronice, dar minimizează și amprenta pixelului, permițând integrarea de mare densitate și pe suprafețe mari”, explică Dr. Kim. Studiul lor a fost disponibil online pe 9 aprilie 2026 și publicat în Volumul 153 al revistei Nano Energy pe 15 iunie 2026.
Transistorul tribotronic propus prezintă un strat de sensing triboelectric din polidimetilsiloxan (PDMS) ca poartă superioară, stivuită deasupra unui izolator dedicat, care, la rândul său, este plasat deasupra unui transistor cu peliculă subțire de oxid indiu-tin-zinc (ITZO). Această configurație inovatoare oferă un control sinergic al sensibilității.
În starea sa implicită, poarta inferioară stabilește curentul de bază care circulă prin transistorul ITZO. Pentru a permite sensingul de contact și de proximitate, dispozitivul trece mai întâi printr-o fază de încărcare, în care o placă din oțel inoxidabil intră în contact cu suprafața PDMS. Aceasta provoacă formarea sarcinilor triboelectrice la interfață. Pe măsură ce placa se separă de stratul PDMS, sarcinile acumulate generează un potențial triboelectric care acționează ca tensiune a porții superioare, suprimând curentul care trece prin transistorul ITZO.
Când placa încărcată sau un alt obiect se apropie din nou de suprafața PDMS, potențialul triboelectric scade treptat, ceea ce determină recuperarea curentului transistorului, în funcție de proximitatea plăcii sau a suprafeței. Această schimbare a curentului servește ca răspuns tribotronic, indicând contactul sau proximitatea. Între timp, tensiunea porții inferioare stabilește curentul de bază, permițând sensibilitatea să fie reglată electric. Cercetătorii au constatat că sensibilitatea a crescut odată cu creșterea tensiunii porții inferioare.
De asemenea, cercetătorii au demonstrat că creșterea presiunii de contact mărește zona efectivă de contact dintre stratul PDMS și obiectul de contact, generând mai multe sarcini triboelectrice și producând un răspuns mai puternic.
Dispozitivul a prezentat, de asemenea, timpi de răspuns și recuperare stabili de 127 și 212 milisecunde, respectiv, în timpul fiecărui ciclu de contact-separație. De asemenea, a menținut o performanță stabilă fără degradare notabilă după 1.000 de cicluri de operare.
Pentru a demonstra sensingul tactil activ, cercetătorii au fabricat o matrice de transistori 10 × 10 folosind arhitectura propusă. După ce au încărcat inițial stratul de sensing cu o placă din oțel inoxidabil, au demonstrat răspunsuri la nivel de pixel la atingerea degetului, precum și un sensing de proximitate de încredere la distanțe de până la 500 de microni folosind o sondă din oțel inoxidabil.
„Cercetarea noastră ar putea contribui la dezvoltarea sistemelor de piele electronică care permit roboților, dispozitivelor protetice și electronicelor purtabile să perceapă atingerea, presiunea și proximitatea mai precis”, afirmă Dr. Kim. „Acest lucru va conduce la interacțiuni uman–mașină mai sigure și mai fiabile, cu aplicații în roboți de îngrijire, monitorizarea sănătății și sisteme autonome.”
În ansamblu, această arhitectură inovatoare oferă o platformă scalabilă pentru matricele de senzori tribotronici programabile, robuste din punct de vedere mecanic, deschizând calea pentru interfețe avansate între oameni și mașini.
