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一种由亚麻线制成的晶体管

2019-12-11 14:59 次阅读

导读

据美国塔夫茨大学官网近日报道,该校工程师团队开发出一种由亚麻线制成的晶体管,并创造出完全由细线制成的电子器件。

背景

如今,柔性电子的领域正在迅速扩张。大部分柔性电子器件都是通过将金属与半导体塑造成可弯曲的“波浪”结构,或者采用本质上柔软的材料例如导电聚合物来实现柔性。这些“柔软”的电子器件能够应用于一些特殊的设备,这些设备能与生物组织相容,并与之一起伸展。这些柔性电子器件可以嵌入到皮肤、心脏甚至脑组织等生物组织中。

可实时监测体内深处动脉血压的柔性超声波贴片(图片来源:参考资料【1】)

然而研究人员表示,与基于聚合物以及其他柔性材料的电子器件相比,线基电子器件在柔性以及材料多样性方面更胜一筹,且无需净室就可以制造。这种线基电子器件包括超薄、柔软的诊断设备,足以与它们正在测量的生物组织无缝地集成到一起。

创新

近日,美国塔夫茨大学的工程师团队开发出一种由亚麻线制成的晶体管,并创造出完全由细线制成的电子器件。这些细线可以编织成纺织品,穿在皮肤上,或者甚至(从理论上说)通过手术植入用于诊断监测。这种完全柔性的电子器件将开启一系列应用,顺应各种形状的物体,在自由移动时不会影响功能。

在《美国化学学会应用材料和界面(ACS Applied Materials and Interfaces)》期刊上发表的一项研究中,作者们描述了首个线基晶体管(TBT)的设计制造方法。这种晶体管可塑造成完全线基的简单逻辑电路集成电路。这些电路取代了目前许多柔性设备最后剩余的刚性元件,当与线基传感器结合到一起时,可以创造出完全柔性的多路复用设备。

线基晶体管:碳纳米管涂覆的亚麻线在源极(S)和漏极(D)金属线之间携带电流,以响应栅极(G)检测到的电压。(图片来源:塔夫茨大学)

技术

之前,塔夫茨大学的工程师们开发了一系列线基的温度、葡萄糖、应力光学传感器,以及可从周围组织中抽取样本或者向周围组织分发药物的“微流控”线。这项研究中开发的线基晶体管,使研究人员可创造出控制这些元件行为与响应的逻辑电路。论文作者们创造出一个称为“多路调制器(MUX)”的简单小规模集成电路,并将它连接到可检测钠和铵离子(对于心血管健康和肝肾功能来说重要的生物标记物)的线基传感器阵列上。

(图片来源:参考资料【2】)

塔夫茨大学工学院研究生、这项研究的第一作者 Rachel Owyeung 表示:“在实验室的实验中,我们能够展示我们的设备是如何监测多个位置的钠和铵浓度。从理论上说,我们可以扩大线基晶体管制成的集成电路的规模,连接大型传感器阵列,采用一个设备在多个不同的位置追踪多个生物标志物。”

制作线基晶体管(见图1)需要采用碳纳米管涂覆亚麻线,碳纳米管创造出一个半导体表面,让电子可以通过。连接亚麻线的是两根细金线:一根作为电子的“源极”;另一根作为电子从中流出的“漏极”(在某些结构中,电子可以流向其他方向);第三根称为“栅极”的金属线连接着亚麻线周围的材料。栅极金属线上电压的微小变化,会造成大电流流过“源极”与“漏极”之间的亚麻线。以上就是这种晶体管的基本原理。

图1:线基晶体管的制造过程。a)亚麻线,b)附加上源极(S)与栅极(D)的细金线,c)用滴落涂布法在亚麻线表面涂上碳纳米管,d)施加注入电解质的凝胶(离子凝胶)栅极材料,e)附加栅极金属线(G),f)线基晶体管的剖面图。电解质EMI: 1-ethyl-3methylimidazolium  TFSI: bis(trifluoromethylsulfonyl)imide
(图片来源:塔夫茨大学)

该研究中的一项关键创新就是,采用注入电解质的凝胶作为围绕亚麻线的材料,并连接着栅极金属线。在这个案例中,凝胶是由二氧化硅纳米颗粒组成,这些纳米颗粒能够自组装到网络结构中。电解质凝胶(或者离子凝胶)可以通过浸涂或者快速擦洗,轻易地沉积到亚麻线上。相比于在经典晶体管中作为栅极材料使用的固态氧化物或者聚合物,离子凝胶在拉伸或者弯曲的情况下更具弹性。

价值

塔夫茨大学工学院电气与计算机工程系教授、论文通信作者 Sameer Sonkusale 表示:“线基晶体管的开发,是制造完全柔性电子器件的重要一步。因此,我们现在可以将我们的注意力转向为将来可能的应用,来改善这些设备的设计与性能。在许多的医疗应用中,实时测量生物标记物对于治疗疾病和监测患者的健康状况来说非常重要。完全集成一种患者不易察觉的柔软可塑的诊断监测设备,将成为一种相当强大的能力。”

原文标题:首个“线基”晶体管问世,电子器件可完全由细线制成!

文章出处:【微信号:IntelligentThings,微信公众号:IntelligentThings】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

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NCP3232N 高电流同步降压转换器

NCP1095 以太网供电 - 供电设备接口控制器 IEEE 802.3bt

5是符合IEEE.3bt,IEEE 802.3af和/或IEEE 802.3at标准的以太网供电设备(PoE-PD)接口控制器,可实现包括连接照明在内的高功率应用的开发。监控摄像头。 NCP1095集成了PoE系统中的所有功能,例如在浪涌阶段的检测,分类和电流限制。 使用外部传输晶体管,NCP1095可提供高达90瓦的输出电压。 NCP1095还提供Autoclass支持,以根据PD类型和分类优化功率分配。 特性 IEEE 802.3bt,IEEE 802.3af,IEEE 802.3at兼容 - 允许高达90 W的功率 - 保证PoE设备之间的互操作性 安森美半导体PoE-PD解决方案系列的一部分 内置71mΩ传输晶体管,支持高功率应用 包括由PoE或墙上适配器供电的应用程序的辅助检测引脚 支持自动分类(Autoclass)功能,允许供电设备(PSE)有效地为每个受电设备(PD)供电 内置热插拔FET也可提供更高集成度(NCP1096) 应用 终端产品 以太网供电设备(PoE-PD) Internet物联网(IoT) IEEE 802.3bt IEEE 802.3af IEEE 802.3at 数字标牌 卫星数据网 连接照明 视频和VOIP电话 安全摄像机 Pico基...
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NCP1095 以太网供电 - 供电设备接口控制器 IEEE 802.3bt

NCV8843 降压稳压器 1.5 A 340 kHz 具有同步功能

3是一款1.5 A降压稳压器IC,工作频率为340 kHz。该器件采用V 2 ™控制架构,提供无与伦比的瞬态响应,最佳的整体调节和最简单的环路补偿。 NCV8842可承受4.0 V至40 V的输入电压,并包含同步电路。片上NPN晶体管能够提供最小1.5 A的输出电流,并通过外部升压电容进行偏置,以确保饱和,从而最大限度地降低片内功耗。保护电路包括热关断,逐周期电流限制和频率折返短路保护。 特性 优势 V 2 ™控制架构 超快速瞬态响应,改进调节和简化设计 2.0%误差放大器参考电压容差 严格的输出调节 逐周期限流 限制开关和电感电流 开关频率短路时减少4:1 降低短路功耗 自举操作(BOOST) 提高效率并最大限度地降低片内功耗 与外部时钟同步(SYNC) 与外部时钟同步(SYNC) 1.0 A关闭静态电流 当SHDNB为最小时电流消耗最小化断言 热关机 保护IC免于过热 软启动 在启动期间降低浪涌电流并最大限度地减少输出过冲 无铅封装可用 应用 终端产品 汽车 工业 直流电源 电路图、引脚图和封装图...
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NCV8843 降压稳压器 1.5 A 340 kHz 具有同步功能

NCP186 LDO稳压器 1 A 超低压差 高PSRR 带使能

是一款超低压降稳压器,可提供高达1 A的负载电流,并在-40至85℃范围内保持1.0%的出色输出电压精度。工作输入电压范围为1.8 V至5.5 V,使该器件适用于锂离子电池供电的产品以及后调节应用。该产品提供多种固定输出电压选项,其他产品可根据要求提供,范围为1.2 V至3.9 V.NCP186具有完全的过热保护和输出短路保护。小型8引脚XDFN6 1.2 mm x 1.6 mm封装使该器件成为可能特别适用于空间受限的应用。 特性 优势 1.8 V至5.5 V工作输入电压范围 适用于锂离子电池或后期调节应用 多种固定输出电压选项及其他可根据要求提供1.2 V至3.9 V 设计灵活性 Typ的低静态电流。 90μA 延长电池寿命 极低压差:100 mV典型值。在Iout = 1 A(3.0V版本) 扩展电池范围 1 kHz PSRR时高75 dB 适用于噪声敏感电路 内部软启动 限制浪涌电流 在-40至85℃温度范围内的±1.0%精度 高输出电压精度 热关断和限流保护 保护产品和系统免受损坏 使用小型1μF陶瓷电容器稳定 节省PCB空间和系统成本 应用 终端产品 电池供电设备 便携式通讯设...
发表于 07-29 22:02 64次 阅读
NCP186 LDO稳压器 1 A 超低压差 高PSRR 带使能

NCP176 LDO稳压器 500 mA 超低压降 高PSRR 带使能

是一款超低压差稳压器,可提供高达0.5 A的负载电流,并在25°C时保持0.8%的出色输出电压精度。工作输入电压范围为1.4 V至5.5 V,使该器件适用于锂离子电池供电产品以及后调节应用。该产品提供3.3 V固定输出电压选项,其他电压选项可根据要求提供,范围为0.7 V至3.6 V.NCP176具有完全的过热保护和输出短路保护。小型6引脚XDFN6 1.2 mm x 1.2 mm封装使该设备特别适用于空间受限的应用程序。 特性 优势 1.4 V至5.5 V工作输入电压范围 适用于锂离子电池或后调节应用 几种固定输出电压可根据要求提供的选项和其他选项范围为0.7 V至3.6 V 设计灵活性 Typ的低静态电流。 60μA 延长电池寿命 极低压降:130 mV典型值。在Iout = 0.5 A(2.5V版本) 扩展电池范围 1 kHz PSRR时高75 dB 适用于噪声敏感电路 内部软启动 限制浪涌电流 室温下±0.8%精度 高输出电压精度 热关断和限流保护 保护产品和系统免受损坏 使用小型1μF陶瓷电容器稳定 节省PCB空间和系统成本 应用 终端产品 电池供电设备 便携式通信设备 相机,...
发表于 07-29 22:02 50次 阅读
NCP176 LDO稳压器 500 mA 超低压降 高PSRR 带使能

NCP171 LDO稳压器 超低50nA Iq 双电源模式 80mA

是双模式LDO,在ActiveMode中提供高达80 mA的电流,在低功耗模式下低至50 nA的Iq。双模式功能可通过ECO引脚选择,允许动态和低功耗模式之间的动态切换,非常适用于长寿命电池供电的无线应用。低功耗模式下的输出电压可降低50 mV,100 mV,150的内部工厂编程值相对于活动模式下的标称输出电压,mVor为200 mV。此功能进一步降低了睡眠模式下的应用消耗.NCP171采用SLIQ(超低Iq)LDO系列,具有50nA的超低静态电流,可用于小XDFN4 1.2 x 1.2包。 特性 优势 超低水平50nA 非常适合电池供电的应用 双模式功能针对主动模式和待机模式操作进行了优化 系统灵活地在两种不同的操作模式之间切换,优化性能和延长电池寿命 工作模式,高达80mA,具有出色的PSRR和噪声性能 非常适用于射频电源和高精度传感器 低功耗模式(SLIQ),50nA Iq 当系统处于扩展待机(低功耗)模式时延长电池寿命 模式选择,ECO Pin 灵活选择主动和低功率模式 XDFN 1.2x1.2包 空间受限应用程序的小尺寸 应用 终端产品 无线电池供电的物联网传感器 电池供电的医疗...
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NCP171 LDO稳压器 超低50nA Iq 双电源模式 80mA

MC78M 线性稳压器 500 mA 5至24 V 高PSRR 正极

0 / MC78M00A正线性稳压器与流行的MC7800系列器件完全相同,只是它的输出电流仅为输出电流的一半。与MC7800器件一样,MC78M00三端稳压器用于本地卡上电压调节。 内部通道晶体管的内部限流,热关断电路和安全区域补偿相结合,使这些线性稳压器在大多数工作条件下都非常坚固。具有足够散热的最大输出电流为500 mA。 规格:
发表于 07-29 21:02 59次 阅读
MC78M 线性稳压器 500 mA 5至24 V 高PSRR 正极

AR1337 CMOS成像传感器 13 MP 采用SuperPD™PDAF技术

是一款采用SuperPD™PDAF技术的13万像素CMOS成像传感器。这款先进的传感器具有独特的PDAF微透镜和PDAF图案技术,在低光照条件下具有出色的自动对焦性能。采用1.1μm像素构建,提供符合行业标准的1 / 3.2“光学格式,使AR1337具有适合大批量设计的尺寸。图像质量由领先的量子效率和灵敏度驱动,同时保持低读取噪声。这种组合可在明亮的日光或低室内照明条件下提供出色的图像。 AR1337以每秒30帧的速度运行在13 MP,并支持每秒30帧的4k2k视频和高达每秒60帧的全高清1080P视频。 特性 优势 SuperPD™PDAF技术 领先的低光自动对焦性能 独特的PDAF图案和微透镜技术 高精度相位检测自动聚焦(PDAF)功能 片上坏像素校正和AF计算 简化的相机模块积分校准和与后端应用处理器的集成 具有低读取噪声的高量子效率和灵敏度 卓越的图像质量,尤其是在光线不足 应用 终端产品 智能手机相机 平板电脑相机 智能手机 平板电脑 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 17:02 100次 阅读
AR1337 CMOS成像传感器 13 MP 采用SuperPD™PDAF技术

AR1011 CMOS图像传感器 10 MP 1

HS是一款1080万像素,1英寸光学格式图像传感器,结合了高分辨率成像和3.4微米DR-Pix(动态响应像素),可动态调整以提供卓越的低光性能。在全分辨率下,AR1011HS提供60帧/秒(fps)视频;同时跳至120 fps的1080p高清模式。该传感器非常适合需要高分辨率的高端监控摄像系统,如电子平移,倾斜,变焦(ePTZ)等具有惊人的低光能力的功能。 4K超高清(3840 x 2190)分辨率为每秒60帧的模式,使传感器也成为专业消费类广播相机的理想选择。 应用 相机 安全 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 17:02 74次 阅读
AR1011 CMOS图像传感器 10 MP 1

AR0239 CMOS图像传感器 2.3 MP 1 / 2.7

美半导体的AR0239是一款1 / 2.7英寸CMOS数字图像传感器,有源像素阵列为1936(H)×1188(V)。它可以在线性或高动态范围模式下捕获图像,并具有滚动快门读数。它包括复杂的相机功能,如像素内装箱,窗口以及视频和单帧模式。它专为低光和高动态范围的场景性能而设计。它可通过简单的双线串行接口进行编程。 AR0239可以产生非常清晰,锐利的数码照片,并且能够捕捉连续视频和单帧,使其成为各种应用的理想选择,包括监控和高清视频。 特性 以90 fps的速度拍摄2.3Mp以获得出色的视频性能 小型光学格式(1 / 2.7英寸 1080p模式适用于16:9视频 卓越的低光性能 3.0um大背面照明像素技术 支持线路交错T1 / T2 / T3读数以启用HDR处理ISP芯片处于1080P和30fps 片上锁相环(PLL)振荡器 集成颜色和镜头着色校正 用于精确帧率控制的从模式 数据接口: - HiSPi(SLVS) - 4个车道 - MIPI CSI-2 - 4车道 - 平行 自动黑电平校准 高速可配置上下文切换 温度传感器 快速模式兼容2线接口 多相机同步支持 高速可配置上下文切换 具有灵...
发表于 07-29 16:02 155次 阅读
AR0239 CMOS图像传感器 2.3 MP 1 / 2.7

AR0543 CMOS图像传感器 5 MP 1/4

美半导体专注于卓越的像素性能,为该传感器的卓越图像质量奠定了基础,具有卓越的色彩精度,低光灵敏度和低噪声水平.AR0542是一款1/4英寸CMOS有源像素数字图像传感器集成了复杂的片上相机功能,如窗口,镜像,列和行跳过模式以及快照模式。它可通过简单的双线串行接口进行编程,功耗非常低。 应用 移动 电路图、引脚图和封装图
发表于 07-29 16:02 88次 阅读
AR0543 CMOS图像传感器 5 MP 1/4

AR0521 CMOS图像传感器 5.1 MP 1 / 2.5

是一款1 / 2.5英寸CMOS数字图像传感器,有源像素阵列为2592(H)x 1944(V)。它通过滚动快门读数捕获线性或高动态范围模式的图像,并包括复杂的相机功能,如分档,窗口以及视频和单帧模式。它专为低亮度和高动态范围性能而设计,具有线路交错T1 / T2读出功能,可在ISP芯片中支持片外HDR。 AR0521可以产生非常清晰,锐利的数字图像,并且能够捕获连续视频和单帧,使其成为安全应用的最佳选择。 特性 5 Mp为60 fps,具有出色的视频性能 小型光学格式(1 / 2.5英寸) 1440p 16:9模式视频 卓越的低光性能 2.2 m背面照明像素技术 支持线路交错T1 / T2读出以启用ISP芯片中的HDR处理 支持外部机械快门 片上锁相环(PLL)振荡器 集成颜色和镜头阴影校正 精确帧率控制的从属模式 数据接口:♦HiSPi(SLVS) - 4个车道♦MIPI CSI-2 - 4车道 自动黑电平校准 高速可配置上下文切换 温度传感器 快速模式兼容2线接口 应用 终端产品 视频监控 高动态范围成像 安全摄像头 行动相机 车载DVR 电路图、引脚图和封装...
发表于 07-29 16:02 201次 阅读
AR0521 CMOS图像传感器 5.1 MP 1 / 2.5

AR0835 CMOS图像传感器 8 MP 1/3

图像传感器是一款1 / 3.2“光学格式1.4微米像素传感器,能够以每秒42帧的速度捕获其完整的8 MP传感器分辨率,以60fps的速度捕获1080P视频.A-PixHS(tm )技术将安森美半导体的第二代背照式(BSI)像素技术和先进的高速传感器架构结合在一起,实现了许多创新功能。它旨在实现低z高度相机模块,以满足OEM和移动设备制造商的需求。 特性 高动态范围 应用 移动 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 16:02 86次 阅读
AR0835 CMOS图像传感器 8 MP 1/3

AR0522 CMOS图像传感器 5.1 MP 1 / 2.5 近红外增强

是一款1 / 2.5英寸CMOS数字图像传感器,有源像素阵列为2592(H)x 1944(V)。它通过滚动快门读数捕获线性或高动态范围模式的图像,并包括复杂的相机功能,如分档,窗口以及视频和单帧模式。它专为低亮度和高动态范围性能而设计,具有线路交错T1 / T2读出功能,可在ISP芯片中支持片外HDR。 AR0522可生成非常清晰,锐利的数码照片,并且能够捕捉连续视频和单帧,使其成为各种应用的理想选择。 特性 5 Mp,60 fps,优异的视频性能 小光学格式(1 / 2.5英寸) 彩色滤光片阵列:RGB和单色 1440p模式适用于16:9视频 卓越的低光性能 2.2 m背面照明像素技术 支持线路交错T1 / T2读出以启用ISP芯片中的HDR处理 支持外部机械快门 片上锁相环(PLL)振荡器 集成颜色和镜头着色校正 用于精确帧率控制的从模式 数据接口:♦HiSPi(SLVS) - 4条车道♦MIPI CSI-2 - 4车道 自动黑电平校准 高速可配置上下文切换 温度传感器 快速模式兼容2线接口 近红外线增强 应用 终端产品 视频监控 高动态范围成像 机器视觉...
发表于 07-29 16:02 158次 阅读
AR0522 CMOS图像传感器 5.1 MP 1 / 2.5  近红外增强