Semiconductores orgánicos miniaturizados habilitan la electrónica flexible de próxima generación

Los transistores de efecto de campo (FET) son los bloques fundamentales de la electrónica moderna: circuitos integrados, CPUs y planos de retroiluminación de pantallas. Los transistores de efecto de campo orgánicos (OFET) ofrecen la ventaja de ser flexibles frente a sus contrapartes inorgánicas como el silicio.

Potencial de los OFET

Gracias a su alta sensibilidad, flexibilidad mecánica, biocompatibilidad, propiedades ajustables y bajo coste de fabricación, los OFET tienen gran potencial en aplicaciones emergentes: electrónica vestible, sensores de monitorización de salud conformables, pantallas flexibles. Imaginen pantallas de TV enrollables, dispositivos vestibles que recojan señales vitales para biofeedback instantáneo, o microrobots de materiales orgánicos inofensivos que trabajen dentro del cuerpo para diagnóstico, administración dirigida de fármacos o microcirugías.

Limitación histórica: la miniaturización

Hasta ahora, el principal obstáculo para mejorar el rendimiento y la producción en masa de los OFET ha sido la dificultad de miniaturizarlos. Los productos actuales con OFET en el mercado están limitados en flexibilidad y durabilidad.

Avance del equipo de la Universidad de Hong Kong

Un equipo de ingeniería liderado por el Dr. Paddy Chan Kwok Leung, del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Hong Kong (HKU), ha logrado un avance importante al desarrollar un transistor orgánico de efecto de campo de monocapa con estructura escalonada, que facilitará enormemente la reducción del tamaño de los OFET.

Problema de la resistencia de contacto

El mayor problema al reducir el tamaño de los OFET es que su rendimiento cae drásticamente. Esto se debe partly a la resistencia de contacto —resistencia en las interfaces— que frena el flujo de corriente. Cuando el dispositivo se hace más pequeño, la resistencia de contacto se vuelve un factor dominante que degrada significativamente el rendimiento.

Resultados récord

Los OFET de monocapa con estructura escalonada demuestran una resistencia de contacto normalizada récord de 40 Ω·cm, frente a 1000 Ω·cm de los dispositivos convencionales. El nuevo dispositivo ahorra un 96% de la disipación de potencia en la interfaz, reduciendo el calor generado —un problema común que causa fallos en semiconductores. Esto permite reducir las dimensiones de los OFET a escala submicrométrica, compatible con sus contrapartes inorgánicas, manteniendo sus propiedades orgánicas únicas. “Eso es crítico para cumplir los requisitos de comercialización”, afirma el Dr. Chan.

Beneficios adicionales

• Mejora de la relación señal/ruido: permite detectar señales débiles que antes no eran detectables con electrodos convencionales.
• Transformación de dispositivos rígidos: pantallas, ordenadores y teléfonos podrían volverse flexibles, plegables, más ligeros y baratos de producir.
• Biocompatibilidad: su naturaleza orgánica los hace aptos para aplicaciones médicas avanzadas, como sensores de actividad cerebral o detección de picos neuronales, y diagnóstico de precisión de enfermedades como la epilepsia.

Próximos pasos

El equipo del Dr. Chan colabora con la Facultad de Medicina de HKU y expertos en ingeniería biomédica de CityU para integrar los OFET miniaturizados en un circuito flexible sobre una micro-sonda de polímero para detección de picos neuronales in vivo en cerebro de ratón bajo diferentes estímulos. También planean integrarlos en herramientas quirúrgicas como catéteres para sensado directo de actividad cerebral y localización de anomalías.