用于混合應(yīng)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

來源：半導(dǎo)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(fā)現(xiàn)可能為這種混合器件的許多其他應(yīng)用打開大門。

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

在一項(xiàng)新研究中，研究人員嘗試在晶體管中使用蠶絲。"這項(xiàng)研究的資深作者、馬薩諸塞州梅德福塔夫茨大學(xué)應(yīng)用物理學(xué)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(shí)現(xiàn)多種功能。"我們還可以非常精細(xì)地控制它的沉積，從而開始將生物學(xué)與技術(shù)相結(jié)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(xù)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(dāng)晶體管內(nèi)的絕緣體。

晶體管本質(zhì)上是一個(gè)開關(guān)，通過開關(guān)將數(shù)據(jù)編碼為 1 和 0。它有一條金屬導(dǎo)線從半導(dǎo)體材料中進(jìn)出。它還有一個(gè)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(dāng)柵極達(dá)到閾值電壓時(shí)，會(huì)在絕緣體上產(chǎn)生一個(gè)電場(chǎng)。這反過來又哄騙半導(dǎo)體讓電流流過引線。

絲膜的納米級(jí)厚度有助于它們與空氣中的水分子發(fā)生反應(yīng)，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(cè)濕度的變化。

Omenetto和他的同事們使用的是商業(yè)半導(dǎo)體制造中使用的制造技術(shù)。"他說："當(dāng)你能制造出十億個(gè)這樣的器件時(shí)，事情就會(huì)變得非常有趣。

科學(xué)家們指出，只要對(duì)蠶絲進(jìn)行進(jìn)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(shè)備可以分析呼吸分子，檢測(cè)一些心血管和肺部疾病或睡眠呼吸暫停。當(dāng)用于血液時(shí)，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(xùn)練，對(duì)環(huán)境信號(hào)做出反應(yīng)，并記錄記憶，就像人工智能系統(tǒng)中常用的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)一樣。"Omenetto說："我們真的希望發(fā)展功能性器件--不僅僅是單個(gè)晶體管，而是許多連接的晶體管，以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的集成電路。

審核編輯 黃宇