뇌 영감 회로용 인쇄 스위치

인쇄 가능한 트랜지스터 아키텍처는 산화환원 게이팅을 사용하여 이산화바나듐의 전류를 변조하여 유연한 센서와 새로운 뉴로모픽 하드웨어를 위한 저전력 스위칭을 가능하게 합니다.

미국 에너지부 아르곤 국립 연구소(Argonne National Laboratory)의 과학자들은 내구성이 뛰어난 저전력 트랜지스터를 구축하기 위해 맞춤형 잉크와 고급 인쇄 방법을 사용할 수 있는 방법을 보여주었습니다.이 연구는 인쇄 전자 장치가 언젠가 유연한 센서, 스마트 윈도우 및 신뢰할 수 있는 에너지 절약 구성 요소가 필요한 기타 기술을 어떻게 구현할 수 있는지 강조합니다.

이 작업의 이점은 매우 낮은 전압에서 작동하면서 수천 사이클 동안 지속되는 전자 스위치를 만들 수 있다는 것입니다.전통적인 인쇄 장치는 몇 번만 사용해도 고장이 나는 경우가 많지만 Argonne 팀은 트랜지스터가 성능 저하 없이 6,000사이클 이상 실행될 수 있다고 보고합니다.저전력 작동과 결합된 이러한 내구성은 에너지 효율성과 신뢰성이 중요한 분야의 응용 분야를 가리킵니다.

연구팀은 도체와 절연체 역할을 모두 수행할 수 있는 물질인 이산화바나듐을 사용하여 전류 흐름을 안정적으로 제어할 수 있는 스위치를 만들었습니다.일반적인 배터리보다 낮은 전압으로 전자를 추가하거나 제거하기 위해 레독스 게이팅(redox gating)이라는 공정이 적용됐다.이 보다 부드러운 방법을 사용하면 재료가 손상되는 것을 방지하여 장치를 더 오래 사용할 수 있습니다.

연구원들은 회로가 인간 두뇌가 정보를 처리하는 방식을 모방하는 유연한 센서, 저전력 스마트 장치, 심지어 뉴로모픽 컴퓨팅에도 잠재적으로 사용될 수 있다고 지적합니다.제조에서 이러한 인쇄 부품은 비용을 절감하고 신속한 프로토타이핑을 가능하게 하며, 소비자 기술에서는 일상 장치의 에너지 절약형 전자 장치를 지원할 수 있습니다.

인쇄된 트랜지스터는 0.4~0.5V의 낮은 전압에서 작동하고 약 1초 만에 상태를 전환했으며 최소한의 에너지 입력으로 전류 흐름을 50% 증가시켰습니다.이 장치는 강력한 응답 시간과 3D 프린팅을 통한 맞춤화 기능을 통해 수천 주기에 걸쳐 안정적인 성능을 보여주었습니다.연구원들은 잉크 공식을 개선하고 장치 구조를 분석하기 위해 Brookhaven의 국립 싱크로트론 광원 II와 함께 Argonne의 나노 규모 재료 및 고급 광자 소스 센터를 사용했습니다.

Argonne 화학자 Wei Chen은 이러한 성과에 대해 "이전 방법에서는 장치가 실패하기 전에 몇 번, 때로는 단 10주기만 실행할 수 있었습니다. 우리 장치는 문제 없이 수천 주기를 실행할 수 있습니다."라고 말합니다.