В процессе работы транзистора образуется дырочный канал, а также индуцированный катионами электрический двойной слой.
Исследователи из Сеульского национального университета разработали электрохимический органический светоизлучающий транзистор сверхнизкого напряжения, способный одновременно выполнять обработку сигналов, память и излучение света в одном полупроводниковом устройстве. Введя усилитель ионного транспорта в светоизлучающий полимерный полупроводниковый канал, команда смогла обеспечить формирование электрического двойного слоя на границе раздела сток-электрод, что позволило эффективно инжектировать электроны без использования высоких напряжений или нестабильного n-типа легирования, применяемых в традиционных подходах.
В результате устройство сохранило простую структуру с одним активным слоем, обеспечив при этом работу при низком напряжении, широкое, пространственно локализованное излучение света, а также функциональность нейроморфной обработки сигналов.
Работа опубликована в журнале Nature Materials.
Носимая электроника стремительно развивается, выходя за рамки умных часов и очков и превращаясь в удобные для пользователя платформы нового поколения, с перспективой дальнейшего расширения в сторону устройств, надеваемых на кожу и имплантируемых в тело.
В частности, носимые на коже устройства, наряду с интегрированными полупроводниковыми технологиями, объединяющими функции датчиков, обработки сигналов, памяти и отображения на единой платформе, рассматриваются как ключевые технологии, обеспечивающие развитие здравоохранения следующего поколения и будущей электронной промышленности.
В последнее время носимая электроника продвинулась дальше простого обнаружения биосигналов, перейдя к обработке и визуализации сигналов в реальном времени.
Однако до настоящего времени эти функции, как правило, реализовывались с использованием отдельных соединенных устройств, что приводило к сложным конструкциям, громоздким и жестким компонентам и высокому энергопотреблению. Поэтому интеграция множества функций в простую архитектуру устройства стала серьезной проблемой.
1. Почему современные устройства не соответствуют требованиям?
Органические светоизлучающие транзисторы привлекли внимание как перспективные кандидаты для носимой электроники следующего поколения, поскольку они позволяют объединить функции транзистора и светодиода в одном устройстве.
Однако для обычных органических транзисторов с боковой электродной структурой требуются высокие рабочие напряжения от 80 до 180 В из-за большого расстояния между электродами и высокого барьера инжекции электронов.
Даже при использовании электрохимического ионного легирования для снижения рабочего напряжения все равно требуется более 3,5 В, а зона излучения остается узкой и нестабильной, что ограничивает практическое применение в реальных дисплеях и интеллектуальных носимых электронных системах.
2. Как работает новый транзистор
Исследовательская группа разработала электрохимический органический светоизлучающий транзистор сверхнизкого напряжения, который объединяет обработку сигналов, память и светоизлучение в одном органическом транзисторе.
Введя в активный слой усилитель ионного транспорта для инициирования образования электрического двойного слоя на границе раздела электродов, команда разработала новый механизм эффективной инжекции электронов, не зависящий от высоких напряжений или нестабильного легирования, используемых в традиционных подходах.
Это позволило осуществлять излучение света даже при напряжении < 3,5 В, которое ранее считалось слишком низким для работы, сохраняя при этом широкую и стабильную зону излучения.
Устройство также продемонстрировало характеристики обработки сигналов и памяти, при этом ответы накапливались при повторных стимулах и сохранялись с течением времени, и было дополнительно продемонстрировано в гибкой носимой системе отображения, питающейся всего от двух батарей 1,5 В.
Данное исследование показывает, что стабильное светоизлучение и интеллектуальные функции могут быть достигнуты одновременно даже в простой архитектуре с одним активным слоем, что значительно расширяет потенциал органических транзисторов для носимых устройств.
3. Потенциальное влияние на носимые устройства
Данное исследование имеет важное значение, поскольку оно объединяет обработку сигналов, память и излучение света в одном устройстве, уменьшая ограничения традиционных носимых электронных систем, требующих изготовления и соединения множества отдельных компонентов.
В частности, демонстрируя также кумулятивные и сохраняющиеся реакции на входные стимулы, это подчеркивает потенциал электроники следующего поколения, способной обрабатывать информацию и немедленно отображать результат в виде света.
В то время как традиционные носимые устройства затрудняют пользователям проверку измеряемых сигналов в режиме реального времени во время движения, эта технология указывает на возможность мониторинга в реальном времени и немедленной передачи информации.
Ожидается, что эта технология получит распространение в таких областях, как реабилитация, неотложная помощь пациентам, мониторинг физической активности, нательная электроника и интеллектуальное здравоохранение, и может стать ключевой технологией для смежных отраслей.
Профессор Тэ-Ву Ли продемонстрировал высочайший уровень конкурентоспособности в научных исследованиях, опубликовав ряд научных работ в журналах Science и Nature в 2026 году.
Данная работа выходит за рамки традиционных светоизлучающих устройств, интегрируя функции излучения света, обработки сигналов и памяти в единое полупроводниковое устройство при низком напряжении, что открывает новое направление для интеллектуальной носимой электроники следующего поколения.
Профессор Тэ-Ву Ли, возглавлявший исследование, сказал: «Эта работа особенно важна, поскольку она демонстрирует, что все функции могут быть интегрированы в одно полупроводниковое устройство, без необходимости отдельного изготовления и соединения блоков обработки, памяти и дисплея».
Он добавил: «В дальнейшем мы планируем развивать эту технологию в полупроводниковую платформу для нанесения на кожу, применимую для интеллектуальной искусственной кожи и носимых медицинских устройств».
Эта технология также важна тем, что выходит за рамки традиционных светоизлучающих полупроводников, демонстрируя многофункциональность в одном низковольтном полупроводниковом устройстве.
В этом смысле, это открывает новое направление для интеллектуальной носимой электроники, которая наносится на кожу и обеспечивает взаимодействие между человеком и машиной в режиме реального времени.
Дата публикации: 22 июня 2026 г.