Nuevo semiconductor orgánico miniaturizado admitirá dispositivos electrónicos flexibles

Los transistores de efecto de campo (FET) son los componentes básicos de la electrónica moderna, como circuitos integrados, CPU de computadora y backplanes de pantalla. Los transistores de efecto de campo orgánico (OFET) tienen la ventaja de ser flexibles en comparación con sus equivalentes inorgánicos como el silicio.

Los OFET, dada su alta sensibilidad, flexibilidad mecánica, biocompatibilidad, capacidad de ajuste de propiedades y bajo costo de fabricación, tienen un gran potencial en nuevas aplicaciones como electrónica portátil, sensores de monitoreo de salud conformados y pantallas flexibles. Imagine pantallas de televisión que se puedan enrollar; o dispositivos electrónicos portátiles inteligentes y ropa que se usa cerca del cuerpo para recolectar señales corporales vitales para una biorretroalimentación instantánea; o mini-robots hechos de materiales orgánicos inofensivos que trabajan dentro del cuerpo para el diagnóstico de enfermedades, transporte de medicamentos dirigidos, minicirugías y otras aplicaciones médicas.

Hasta ahora, la principal limitación para mejorar el rendimiento y la producción en masa de OFET ha sido la dificultad de miniaturizarlos. Los productos que utilizan OFET actualmente en el mercado están limitados en términos de flexibilidad y durabilidad del producto.

Un equipo de ingeniería dirigido por el Dr. Paddy Chan Kwok Leung en el Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Hong Kong (HKU) ha logrado un avance importante en el desarrollo de un transistor de efecto de campo orgánico monocapa de estructura escalonada, que facilitará en gran medida la reducción del tamaño de OFET.

El principal problema al que se han enfrentado los científicos al reducir el tamaño de los OFET es que el rendimiento del transistor cae significativamente con la reducción del tamaño. Esto se debe en parte al problema de la resistencia de contacto (resistencia en las interfaces) que resiste los flujos de corriente. Cuando el dispositivo se vuelve más pequeño, su resistencia de contacto se convierte en un factor dominante que reduce significativamente el rendimiento del dispositivo.

Los OFET de monocapa de estructura escalonada demuestran una resistencia de contacto normalizada baja récord de 40 Ω-cm en comparación con los dispositivos convencionales que tienen una resistencia de contacto de 1000 Ω-cm. El nuevo dispositivo puede ahorrar el 96 % de la disipación de energía en la interfaz, reduciendo así el calor generado en el sistema, un problema común que hace que los semiconductores fallen. Eso, a su vez, permitirá que las dimensiones de los OFET se reduzcan a la escala submicrométrica, un nivel compatible con sus contrapartes inorgánicas, sin dejar de funcionar de manera efectiva para exhibir sus propiedades orgánicas únicas. “Eso es fundamental para cumplir con los requisitos para la comercialización”, dijo el Dr. Chan.

Estos OFET también tienen una relación señal/ruido mejorada, lo que les permitirá detectar señales débiles que antes no podían detectarse con electrodos desnudos convencionales para la detección.

Los OFET flexibles podrían transformar los dispositivos rígidos tradicionales, como paneles de visualización, computadoras y teléfonos celulares, permitiéndoles volverse flexibles y plegables. Estos futuros dispositivos también serían mucho más livianos y tendrían un bajo costo de producción.

“Además, dada su naturaleza orgánica, es probable que sean biocompatibles para aplicaciones médicas avanzadas, como sensores para rastrear la actividad cerebral o la detección de picos neurales, y en el diagnóstico de precisión de enfermedades relacionadas con el cerebro, como la epilepsia”. añadió el Dr. Chan.

El equipo del Dr. Chan está trabajando actualmente con investigadores de la Facultad de Medicina de HKU y expertos en ingeniería biomédica de CityU para integrar los OFET miniaturizados en un circuito flexible en una microsonda de polímero para la detección de picos neurales in vivo en el cerebro de un ratón bajo diferentes estímulos externos. También planean integrar los OFET en herramientas quirúrgicas como catéteres, que se pueden insertar en el cerebro de los animales para detectar directamente la actividad cerebral y localizar anomalías.