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印刷电子技术打造低成本、超低压和超低功率的碳纳米管晶体管

印刷电子技术打造低成本、超低压和超低功率的碳纳米管晶体管
研究人员已经开发出一种用于印刷电子的新方法 ， 该方法允许超低功率电子设备可以从环境光或射频噪声中充电 。 该方法为低成本印刷电子产品铺平了道路 ， 这些印刷电子产品可以无缝地嵌入日常物品和环境中 。
印刷电子技术打造低成本、超低压和超低功率的碳纳米管晶体管文章插图
消耗少量电能的电子产品是物联网发展的关键 ， 在物联网中 ， 日常物品都连接到了互联网 。 从可穿戴设备到医疗保健设备再到智能家居和智能城市 ， 许多新兴技术都需要经济高效的晶体管和电子电路 ， 这些电路和电路必须以最低的能耗来运行 。
印刷电子产品是制造电子产品的一种简单而便宜的方法 ， 可以为低成本电子设备铺平非常规基材（例如衣服 ， 保鲜膜或纸张）的方式 ， 并为日常物品提供"智能" 。 但是 ， 这些设备需要以低能耗和低功耗运行才能对实际应用有用 。 尽管打印技术已经有了相当大的进步 ， 但是功耗仍然是一个挑战-现有的不同解决方案对于商业生产而言过于复杂 。
【印刷电子技术打造低成本、超低压和超低功率的碳纳米管晶体管】如今 ， 剑桥大学的研究人员与中国和沙特阿拉伯的合作者一起 ， 开发了一种用于印刷电子的方法 ， 该方法可用于制造低成本的设备 ， 这些设备可由周围环境供能 ， 实现凭空充电 。 即使是周围的环境无线电信号也足以为它们供电 。 他们的结果发表在ACS Nano杂志上("用于超低压和超低功率电子器件的双极性深亚阈值印刷碳纳米管晶体管") 。
由于为许多设备供电的商用电池使用寿命有限且对环境造成负面影响 ， 因此研究人员正在开发可以以超低能量水平自主运行的电子产品 。
研究人员开发的技术提供了基于"双极"薄膜晶体管的高性能电子电路 ， 因为它们仅使用一种半导体材料在其通道中的"深层"区域内传输负电荷和正电荷 。" subthreshold"（低于阈值）–这是一个短语 ， 基本上意味着晶体管在通常被视为其"关"状态的区域中操作 。 该团队创造了"深亚阈值双极性"一词来表示前所未有的超低工作电压和功耗水平 。
印刷电子技术打造低成本、超低压和超低功率的碳纳米管晶体管文章插图
研究人员说 ， 如果由这些设备制成的电子电路由标准的AA电池供电 ， 则它们有可能连续运行数百万年 。
该团队的成员包括苏州大学 ， 中国科学院 ， 上海科技大学和阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）的研究人员 ， 他们使用印刷碳纳米管（超薄碳圆柱体）作为双极性半导体来实现这一目标 。
"由于采用了极低的阈值双极性方法 ， 我们创建了满足实际应用的电源和电压要求的印刷电子产品 ， 并为无需电池即可运行的遥感和"即放即用"设备打开了机遇整个一生 。 "至关重要的是 ， 我们的超低功耗印刷电子产品制造简单 ， 经济高效 ， 克服了该领域长期存在的障碍 。 "
联合负责人说："我们的印刷电子方法可以扩大规模 ， 以制造廉价的无电池设备 ， 这些设备可以从环境中收集能量 ， 例如阳光或无处不在的周围电磁波 ， 例如我们的手机和wifi站产生的电磁波 。 "苏州大学的文森佐·佩库尼亚教授 。 Pecunia是前博士学位 。 剑桥卡文迪许实验室的学生和博士后研究员 。
这项工作为生物医学应用 ， 智能家居 ， 基础设施监控以及呈指数增长的物联网设备生态系统的新一代自供电电子产品铺平了道路 。
附 ， 论文信息：
'Ambipolar Deep-Subthreshold Printed-Carbon-Nanotube Transistors for Ultralow-Voltage and Ultralow-Power Electronics.' ACS Nano (2020). DOI: 10.1021/acsnano.0c06619


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