碳纳米管材料在柔性集成电路领域的优势和应用

近年来，表皮电子系统由于其与皮肤和生物体紧密共形的接触，在个性化医疗、智能诊断和健康监测等领域展现出重要的应用价值和广阔前景。目前，由于表皮电子系统受限于柔性电子器件的电学性能、集成规模和功能模块的构建技术，因此能够实现基于柔性器件同时完成包含生理信号采集、处理和原位存储的集成电子系统仍然存在严峻挑战。

近日，北京大学电子学院、纳米器件物理与化学教育部重点实验室胡又凡课题组以碳纳米管网络薄膜作为半导体材料，构建了包含柔性传感器、传感界面电路和存储阵列的集成表皮电子系统。基于异质叠层栅介质结构所构建的碳纳米管柔性闪存器能够实现超过10⁸秒的保持时间、±2V的超低工作电压和超过百万次的耐久性，这些性能已经满足了目前工业级存储器的性能应用要求。

a）表皮电子系统图示；b）位于人体皮肤表面的集成表皮电子系统；c）表皮电子系统的空间架构布局；d）传感器；e）界面电路；f）存储阵列的空间结构；g）表皮电子系统的信息流向。

研究人员充分利用碳纳米管材料能够实现晶圆级大批量加工的优势，在超薄的柔性基底上构建了多种基本电子元器件，并完成器件集成。所构建的差分放大电路能够实现超过27dB的增益、43dB的共模抑制比和22KHz的增益带宽积。基于超薄柔性电路，课题组展示了对于心电信号、湿度信号和温度信号的放大功能，并通过所构造的柔性存储器实现了对这些生理特征的存储。

在国家自然科学基金和国家重点研发计划等项目的支持下，上述工作以“An epidermal electronic system for physiological information acquisition， processing， and storage with an integrated flash memory array”为题，于近期发表于Science Advances期刊，北京大学电子学院博士生向立为第一作者，胡又凡为通讯作者。这一系列成果充分展示了碳纳米管材料在柔性集成电路领域的巨大优势和应用前景，有望用于构建下一代个性化诊疗和健康监测平台，并对未来的先进医疗诊断系统产生重要的推动作用。