電子工学：本質的に伸縮自在な高速大規模集積回路

「皮膚のような」機械的特性を示す本質的に伸縮自在なエレクトロクスデバイスは、生理学的連続モニタリングからリアルタイム健康状態解析や自律的治療の閉ループ送達まで、さまざまな新しい応用に有望なプラットフォームと見なされている。しかし、現行の技術では、アモルファス（非晶質）シリコンレベルの電気的性能（すなわち、電荷キャリア移動度が約1 cm² V⁻¹ s⁻¹）、小規模集積（例えば、1回路につきトランジスター54個）、限られた機能性しか実現できていない。今回我々は、高駆動能力、高動作速度、大規模集積を兼ね備えた、本質的に伸縮自在な高密度トランジスター・集積回路を報告する。こうしたデバイスは、材料、製造工程設計、デバイス工学、回路設計での技術革新の組み合わせによって可能になった。今回の本質的に伸縮自在なトランジスターは、ひずみ100％で20 cm² V⁻¹ s⁻¹を超える平均電界効果移動度、インターコネクトを含めて1 cm²当たりトランジスター10万個というデバイス密度、供給電圧5 Vで約2 μA μm⁻¹という高い駆動電流を示した。注目すべきは、達成されたこれらのパラメーターが、プラスチック基板上の金属酸化物、カーボンナノチューブ、多結晶シリコン材料を用いた最先端のフレキシブルトランジスターと同等なことである。さらに我々は、本質的に伸縮自在なエレクトロニクスデバイスにおいて、1000個を超えるトランジスターを有し、ステージスイッチング周波数が1 MHz以上という大規模集積回路を、我々の知る限りでは初めて実現した。我々はまた、人間の皮膚の感知能力を上回る高スループット点字認識システムを実証する。このシステムは、1 cm²当たり2500ユニットという記録的に高い密度を有するアクティブマトリックス触覚センサーアレイと、60 Hzという高いリフレッシング速度と優れた機械的堅牢性を示す発光ダイオードディスプレイによって実現された。上述のデバイス性能向上によって、「皮膚のような」エレクトロニクスデバイスの能力が大幅に向上した。

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