离子凝胶用于离子门控晶体管中的最新应用｜npj Flexible Electronics

论文标题：Recent advanced applications of ion-gel in  ionic-gated transistor

期刊：npj Flexible Electronics

作者：Depeng Wang et.al

数字识别码：10.1038/s41528-021-00110-2

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离子凝胶作为晶体管中的介电材料，有利于大电容和高诱导载流子浓度。本文综述了有关离子凝胶介电材料和离子栅控晶体管（Ionic-gel Gated  Transistor， IGT）的最新进展，这些晶体管具有良好的机械稳定性以及高物理和化学稳定性。简要介绍了IGT的材料选择，以及在传感器、神经形态晶体管、有机晶体管电路和健康检测中的各种应用，并对未来IGT的实际应用中面临的挑战提出了一些可能的解决方案。

近十年来，随着物联网和消费类电子产品的快速发展，人类对高性能、便携性、耐磨性的需求推动了晶体管集成密度的升级。为了在后摩尔时代开发更有前景的集成电路应用，正在投入巨大的努力来开发材料和结构方面以提高场效应晶体管(FET)的性能。采用离子凝胶作为栅介质层的离子门控晶体管（IGT）因其电容大、载流子诱导能力强、工作电压低而受到广泛关注。由于典型的双电层效应，大表面电容允许IGT在相对较低的工作电压下运行良好并保持良好的开关性能和开关比。除此之外，离子凝胶作为一种电解质材料，还具有良好的物理/化学稳定性，以及柔韧、质轻、透明等物理特点。因此，在对于轻便灵活的可穿戴电子设备领域，离子凝胶基的IGT展现了无可置疑的适应性、便携性和功能性。这些特点更激发了将离子凝胶应用于IGT的研究热情。通过离子凝胶材料对外界光、压力、电化学信号的灵敏感应，可以使得IGT对外界的环境产生高灵敏的响应；IGT还具有与神经系统相似的电气特性，兼具结构灵活、毒性低的优点，具有与生物信号处理相兼容的潜在优势；此外，IGT的低工作电压和高开关闭也在柔性集成电路领域吸引了广泛的关注。

近期，中国科学院半导体研究所的沈国震课题组在npj Flexible Electronics 上综述了基于离子凝胶栅控晶体管的相关应用的最新进展。由于离子凝胶的双电层性质体系使得离子凝胶栅控晶体管可以低电压下工作并表现出良好的开关特性，因此针对离子凝胶的材料体系进行了简要统计和性能总结，包括离子液体材料以及作为骨架的高分子材料。由于该类晶体管的优异开关特性，这篇综述针对基于IGT制备而成的应用，其中包括各类传感器、神经形态器件以及集成电路器件，进行了详细的功能介绍。最后，这篇综述讨论了这一领域所面临的挑战，并分享了对未来趋势的展望。

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doi: 10.1038/s41528-021-00110-2