碳納米管材料在柔性集成電路領(lǐng)域的優(yōu)勢和應(yīng)用前景

近年來，表皮電子系統(tǒng)由于其與皮膚和生物體緊密共形的接觸，在個(gè)性化醫(yī)療、智能診斷和健康監(jiān)測等領(lǐng)域展現(xiàn)出重要的應(yīng)用價(jià)值和廣闊前景。目前，由于表皮電子系統(tǒng)受限于柔性電子器件的電學(xué)性能、集成規(guī)模和功能模塊的構(gòu)建技術(shù)，因此能夠?qū)崿F(xiàn)基于柔性器件同時(shí)完成包含生理信號采集、處理和原位存儲的集成電子系統(tǒng)仍然存在嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

近日，北京大學(xué)電子學(xué)院、納米器件物理與化學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室胡又凡課題組以碳納米管網(wǎng)絡(luò)薄膜作為半導(dǎo)體材料，構(gòu)建了包含柔性傳感器、傳感界面電路和存儲陣列的集成表皮電子系統(tǒng)?；诋愘|(zhì)疊層?xùn)沤橘|(zhì)結(jié)構(gòu)所構(gòu)建的碳納米管柔性閃存器能夠?qū)崿F(xiàn)超過10?秒的保持時(shí)間、±2V的超低工作電壓和超過百萬次的耐久性，這些性能已經(jīng)滿足了目前工業(yè)級存儲器的性能應(yīng)用要求。

a）表皮電子系統(tǒng)圖示；b）位于人體皮膚表面的集成表皮電子系統(tǒng)；c）表皮電子系統(tǒng)的空間架構(gòu)布局；d）傳感器；e）界面電路；f）存儲陣列的空間結(jié)構(gòu)；g）表皮電子系統(tǒng)的信息流向。

研究人員充分利用碳納米管材料能夠?qū)崿F(xiàn)晶圓級大批量加工的優(yōu)勢，在超薄的柔性基底上構(gòu)建了多種基本電子元器件，并完成器件集成。所構(gòu)建的差分放大電路能夠?qū)崿F(xiàn)超過27dB的增益、43dB的共模抑制比和22KHz的增益帶寬積。基于超薄柔性電路，課題組展示了對于心電信號、濕度信號和溫度信號的放大功能，并通過所構(gòu)造的柔性存儲器實(shí)現(xiàn)了對這些生理特征的存儲。

在國家自然科學(xué)基金和國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目的支持下，上述工作以“An epidermal electronic system for physiological information acquisition， processing， and storage with an integrated flash memory array”為題，于近期發(fā)表于Science Advances期刊，北京大學(xué)電子學(xué)院博士生向立為第一作者，胡又凡為通訊作者。這一系列成果充分展示了碳納米管材料在柔性集成電路領(lǐng)域的巨大優(yōu)勢和應(yīng)用前景，有望用于構(gòu)建下一代個(gè)性化診療和健康監(jiān)測平臺，并對未來的先進(jìn)醫(yī)療診斷系統(tǒng)產(chǎn)生重要的推動作用。