Выделите текст, чтобы комментировать.
"Умная" ячейка из полупроводников
Органические светоизлучающие транзисторы объединяют свойства транзистора и светодиода. Ранее созданные устройства на подобных элементах не обеспечивали стабильности свечения, требует для работы относительно высокого напряжения от 3,5 до 180 В. При малых напряжениях электрохимические элементы имеют крайне малую область свечения. Что ограничивает сферы их практического применения.
Как было раньше
Излучение света органическими транзисторами обладает огромным потенциалом для интерактивного взаимодействия с пользователем в разных возможностях применения, от носимых и биоинтегрированных систем до нейроморфной электроники. Однако традиционные органические транзисторы с одним активным слоем отличаются недостаточно быстрой инжекцией носителей заряда, что приводит к высоким напряжениям стока (80 В в полевых транзисторах и 3,5 В в электрохимических устройствах с p–i–n переходами) и узким, пространственно-динамическим зонам рекомбинации (75 мкм).
Особенности новой разработки
В основе разработки сверхнизковольтный электрохимический органический светоизлучающий транзистор (electrochemical organic light-emitting transistor, E-OLET), с объединением нескольких функций (рис. 1).
Пример полупроводниковой структуры OLET
В отличие от традиционных архитектур, требующих множества отдельных компонентов, в инновации используют всего один активный слой. При этом функция к накоплению, долговременному хранению данных и обработке информации, дополнена эффектом визуализации результатов – свечением.
На основе электрохимических реакций получился светоизлучающий транзистор с одним активным слоем и формированием электрического двойного слоя на стороне стока, обеспечивающий работу при сверхнизком напряжении (3,5 В) в сочетании с широкой, пространственно-фиксированной зоной рекомбинации. Усилитель движения ионов в светоизлучающем полимерном канале индуцирует электрический двойной слой на стоковом электроде, преодолевая ограниченную инжекцию электронов без n‑типа легирования. Гетерогенный материал обеспечивает перенос электронного заряда через агрегированные паракристаллические структуры осуществляется через аморфные области (см. рис).
Иллюстрация транспорта (пути) ионов, использованная в новой разработке
Работа с описанием транзистора с функциями памяти и обработки данных опубликована в журнале Nature Materials в июне 2026 года.
В новой разработке в активный слой полупроводникового кристалла введен усилитель ионного уровня, благодаря которому на границе электродов формируется двойной электрический слой. Это обеспечивает наилучшую из возможного пока инжекцию электронов без необходимости высокого напряжения питания при нестабильном ионном легировании.
В результате, при сохранении простоты структуры, разработчикам удалось добиться устойчивого свечения при напряжении 3 В, что ранее считалось недостижимым для подобных устройств. Зона излучения получилась в разы более широкой, а стабильность повысилась. По этой технологии с применением матрицы ячеек создан и продемонстрирован гибкий носимый дисплей, работающий от двух элементов питания с суммарным напряжением 3 В.
На рис. показана ячейка памяти с новыми сверхнизковольтными органическими светоизлучающими транзисторами
Кроме светоизлучения, ячейка имеет свойства, характерные для нейроморфных вычислительных систем с эффектом памяти. Это позволяет накапливать информацию при повторяющихся воздействиях в течение продолжительного времени и формировать логичный отклик, а фактически это совмещённая ячейка функции процессора и памяти. Как элемент будущих систем, имитирующих работу не только человека — биологических нейронных сетей, но деятельность ИИ в любой сфере.
Есть интуитивное мнение людей, склонных к фантастике, что более 5 тыс. лет назад миром управляла какая-нибудь нейросеть — людям это было удобно, потому, что стабильно, безопасно и предсказуемо. В пользу этой версии сохранились удивительные артефакты, доступные сегодня в местах былого развития древних цивилизации — в Индии, Таиланде и других. Уникальные изображения элементов привычных нам электрогенераторов на стенах и под потолком древних храмов, неуточненные даже сегодня технологии строительства, резьбы и шлифовки высоких и цельных каменных колон и многое другое — как версия — свидетельствует об очень высоком и вряд ли интуитивном уровне развития древних людей. Однако ИИ со своим «порядком» по неуточненным пока причинам оказался не нужен, потому его уничтожили или архивировали, откатив развитие человечества на десятки и сотни веков. Если принять во внимания такую логику, оказывается, что мы на пути повторного (или циклического) развития цивилизации, сами того не осознавая.
Перспективы разработки
Объединение обработки сигналов, памяти и визуализации в одном устройстве позволит преодолеть ограничения современных носимых систем и обеспечит мгновенное отображение информации непосредственно в процессе изменений и измерений.
Интерес к описанным решениям обусловлен быстрым развитием носимой электроники. Сегодня рынок носимой электроники в области «ширпотреба» развивается стремительно, но ограничен в основном «умными» часами, браслетами и очками, однако в ближайшие годы широкое распространение получат наносимые на кожу и имплантируемые устройства, способные непрерывно контролировать состояние организма.
Это важная разработка корейских исследователей на пути к совершенствованию интеллектуальной носимой электроники созданию компактных энергетически эффективных индивидуальных медицинских систем. Особенно в реабилитационной медицине, системах экстренного наблюдения за пациентами, мониторинге физической активности, «умном» здравоохранении и других областях, где требуется компактная, гибкие электронные помощники человека с экономичным потреблением энергии.
С новой разработкой открыт путь к созданию и совершенствованию гибких устройств большой площади с шириной зоны рекомбинации 267 мкм и максимальной яркостью 826 кд·м⁻² при напряжении 2,7–3,5 В. Эта работа продвигает научно–технический прогресс вперед на новый шаг развития.
Выводы
Пока существующие системы состоят из множества взаимодействующих электронных микромодулей — датчиков, памяти, процессоров и дисплеев, что усложняет конструкцию, увеличивает энергопотребление, снижает точность съема информации датчиками, интерпретацию показаний.
Удобство пользования некоторыми умными часами до сих пор больше обосновано эффектом «популярности», «моды», в то время как показания микродатчиков для определения сатурации, сердечного ритма, давления, пульса, погоды и др. нельзя назвать точными, достоверными. Причиной этому — качество электронных экономичных микродатчиков.
С новой разработкой в этой области появляется весьма большие перспективы развития носимой индивидуальной электронной техники.
Таким образом технология e‑OLET с одним активным слоем усовершенствована, а в дальнейшем надо ожидать разработки органических электронных систем с интуитивно понятными и удобными функциями визуализации– сверхнизковольтные электрохимические органические светоизлучающие транзисторы с фиксированной и широкой боковой рекомбинацией электронов.
