Skládací tranzistory - Nový způsob výroby aktivní matrice 3D tlakových senzorů
Týmu výzkumníků UNIST se podařilo vytvořit trojrozměrné taktilní čidlo, které by mohlo detekovat široké rozsahy tlaku lidské tělesné hmotnosti pouhým dotykem prstu. Nový snímač je schopen generovat elektrický signál na základě snímání dotykových akcí, přičemž spotřebuje daleko méně energie než konvenční tlakové senzory.
Výzkum, který provedl profesor Jang-Ung Park z oddělení materiálových věd a inženýrství na korejském Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) a jeho tým, přinesl další průlom ve vývoji senzorů. Vědci představili nový způsob výroby aktivní matrice snímače tlaku tranzistorového typu pomocí skládacích podkladů a vrstev vzduchu jako dielektrika.
V současné době je většina tranzistorů vytvořena silikonovým kanálem a dielektrikem na bázi oxidů křemíku. Tyto tranzistory však postrádají dostatečnou pružnost nebo transparentnost, což může být překážkou pro jejich využití při výrobě vysoce integrovaných polí tlakových snímačů a transparentních senzorů tlaku.
Tým vědců se rozhodl použít vysoce vodivé a transparentní grafenové tranzistory s vrstvami vzduchového dielektrika. Senzor může detekovat různé typy dotyků, včetně přejíždění prstem nebo poklepávání. „Použití vzduchu jako dielektrické vrstvy v grafenovém tranzistoru řízeném efektem pole (field-effect transistor, FET) umožňuje výrazně zlepšit výkon tranzistoru vzhledem k čistému rozhraní mezi grafenovým kanálkem a vzduchem. Tloušťka vzduchových dielektrických vrstev je dána působením tlaku. Pomocí této technologie by mělo být možné detekovat změny tlaku daleko účinněji,“ říká profesor Park.
Konvenční dotykové panely používané v zobrazovacích zařízeních reagují na statickou elektřinu při použití tlaku na obrazovku monitoru. Použitím této metody může být pozice na obrazovce kontaktovaná prstem, dotekovým perem (stylus) nebo jiným předmětem snadno detekována pomocí změny tlaku, ale nemůže poskytnout informace o intenzitě tohoto tlaku.
Výzkumníci umístili grafenový kanál, elektrody z kovových nanodrátků a elastické těleso schopné zachytit vzduch, na jednu stranu výklopné podložky. Pak ji pokryli druhou stranou podkladové vrstvy jako víkem, takže výsledný systém udržuje vzduch. V tomto tranzistoru je síla stlačující pružné těleso převáděna do vzduchové dielektrické vrstvy a mění její tloušťku. Změny v tloušťce vzduchového dielektrika se převádějí na elektrický signál a jsou přenášeny prostřednictvím kovových nanodrátků a grafenového kanálu vyjadřujících jak polohu dotýkaného bodu, tak intenzitu tlaku. Tato technika je považována za velmi slibnou, protože umožňuje úspěšnou implementaci aktivní matrice tlakových senzorů, a navíc ve srovnání s matricí pasivního typu spotřebuje méně energie a má rychlejší dobu odezvy.
Je možné posílat a přijímat signály pouze proudící elektřinou na místo, kde se vytváří tlak. Změna tloušťky vzduchové dielektrické vrstvy se převádí na elektrický signál, představující pozici a intenzitu tlaku. Kromě toho, protože všechny substráty, kanály a elektrodové materiály používané v tomto procesu jsou transparentní, mohou být také vyrobeny s „neviditelnými“ tlakovými senzory.
„Snímač tohoto typu je schopen současně měřit cokoli s nižším tlakem (méně než 10 kPa), např. jemné poklepání, až po vysoký tlak (nad 2 MPa), jako je třeba lidská tělesná hmotnost. Může být také použit pro aplikaci do 3D dotykových panelů nebo inteligentních běžeckých bot, které mohou analyzovat lidské vzorky životních funkcí měřením jejich rozložení hmotnosti,“ říká Sangyoon Ji student Materials Science and Engineering, spoluautor studie.
Zmíněný výzkum, podle profesora Parka, řeší nejen omezení konvenčních tlakových snímačů, ale také naznačuje možnost aplikovat je na různé oblasti kombinací senzorů tlaku s jinými elektronickými zařízeními, jako jsou displeje.
/sl/
391
.gif)
