Trong quá trình hoạt động của transistor, một kênh lỗ trống được hình thành, đồng thời một lớp điện kép do cation tạo ra cũng được hình thành.
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Quốc gia Seoul đã phát triển một transistor phát quang hữu cơ điện hóa điện áp cực thấp có thể đồng thời thực hiện xử lý tín hiệu, bộ nhớ và phát sáng trong một thiết bị bán dẫn duy nhất. Bằng cách đưa chất tăng cường vận chuyển ion vào kênh bán dẫn polymer phát quang, nhóm nghiên cứu đã tạo ra lớp điện kép tại giao diện điện cực thoát, cho phép tiêm electron hiệu quả mà không cần dựa vào điện áp cao hoặc pha tạp loại n không ổn định được sử dụng trong các phương pháp thông thường.
Kết quả là, thiết bị duy trì cấu trúc lớp hoạt động đơn giản trong khi vẫn đạt được khả năng hoạt động ở điện áp thấp và phát xạ ánh sáng rộng, tập trung trong không gian, cùng với chức năng xử lý tín hiệu thần kinh mô phỏng.
Công trình nghiên cứu này đã được công bố trên tạp chí Nature Materials.
Các thiết bị điện tử đeo được đang phát triển nhanh chóng vượt ra ngoài đồng hồ thông minh và kính thông minh, hướng tới các nền tảng thân thiện với người dùng thế hệ tiếp theo, với tiềm năng mở rộng trong tương lai sang các thiết bị đeo trên da và thiết bị cấy ghép.
Đặc biệt, các thiết bị đeo trên da, cùng với các công nghệ bán dẫn tích hợp kết hợp chức năng cảm biến, xử lý tín hiệu, bộ nhớ và hiển thị trên một nền tảng duy nhất, được coi là những công nghệ then chốt cho ngành chăm sóc sức khỏe thế hệ mới và ngành công nghiệp điện tử tương lai.
Gần đây, các thiết bị điện tử đeo được đã tiến bộ vượt bậc so với việc chỉ phát hiện tín hiệu sinh học đơn thuần, hướng tới xử lý và hiển thị tín hiệu theo thời gian thực.
Tuy nhiên, cho đến nay, các chức năng này thường được thực hiện bằng cách sử dụng các thiết bị kết nối riêng biệt, dẫn đến cấu trúc phức tạp, các thành phần cồng kềnh và cứng nhắc, cùng với mức tiêu thụ năng lượng cao. Do đó, việc tích hợp nhiều chức năng vào một kiến trúc thiết bị đơn giản đã trở thành một thách thức lớn.
1. Vì sao các thiết bị hiện tại còn nhiều thiếu sót
Các bóng bán dẫn phát quang hữu cơ (OLED) đã thu hút sự chú ý như những ứng cử viên đầy triển vọng cho các thiết bị điện tử đeo được thế hệ tiếp theo vì chúng có thể kết hợp chức năng của bóng bán dẫn và điốt phát quang trong một thiết bị duy nhất.
Tuy nhiên, các transistor hữu cơ thông thường với cấu trúc điện cực ngang yêu cầu điện áp hoạt động cao từ 80 đến 180 V do khoảng cách giữa các điện cực dài và rào cản tiêm electron lớn.
Ngay cả khi sử dụng phương pháp pha tạp ion điện hóa để giảm điện áp hoạt động, vẫn cần điện áp trên 3,5 V, và vùng phát xạ vẫn hẹp và không ổn định, hạn chế khả năng ứng dụng thực tế trong màn hình hiển thị và hệ thống điện tử đeo thông minh.
2. Transistor mới hoạt động như thế nào?
Nhóm nghiên cứu đã phát triển một transistor hữu cơ phát quang điện hóa điện áp cực thấp, tích hợp xử lý tín hiệu, bộ nhớ và phát xạ ánh sáng trong một transistor hữu cơ duy nhất.
Bằng cách kết hợp chất tăng cường vận chuyển ion vào lớp hoạt tính để tạo ra lớp điện kép tại giao diện điện cực, nhóm nghiên cứu đã giới thiệu một cơ chế mới để tiêm electron hiệu quả mà không cần dựa vào điện áp cao hoặc quá trình pha tạp không ổn định được sử dụng trong các phương pháp thông thường.
Điều này cho phép phát ra ánh sáng ngay cả ở điện áp < 3,5 V, mức điện áp trước đây được coi là quá thấp để hoạt động, đồng thời vẫn duy trì vùng phát xạ rộng và ổn định.
Thiết bị này cũng thể hiện các đặc tính xử lý tín hiệu và bộ nhớ, với các phản hồi tích lũy dưới tác động của các kích thích lặp đi lặp lại và được lưu giữ theo thời gian, và điều này đã được chứng minh thêm trong một hệ thống màn hình đeo được linh hoạt chỉ sử dụng hai pin 1,5 V.
Nghiên cứu này cho thấy rằng khả năng phát sáng ổn định và chức năng thông minh có thể đạt được đồng thời ngay cả trong kiến trúc lớp hoạt tính đơn giản, mở rộng đáng kể tiềm năng của các bóng bán dẫn hữu cơ cho các ứng dụng thiết bị đeo được.
3. Tác động tiềm tàng đối với thiết bị đeo được
Nghiên cứu này có ý nghĩa quan trọng vì nó tích hợp xử lý tín hiệu, bộ nhớ và phát xạ ánh sáng vào một thiết bị duy nhất, giảm thiểu những hạn chế của các hệ thống điện tử đeo được thông thường vốn yêu cầu chế tạo và kết nối nhiều thành phần riêng biệt.
Đặc biệt, bằng cách chứng minh cả phản ứng tích lũy và lưu giữ đối với các kích thích đầu vào, nó làm nổi bật tiềm năng của các thiết bị điện tử thế hệ mới có khả năng xử lý thông tin và hiển thị kết quả ngay lập tức thông qua ánh sáng.
Trong khi các thiết bị đeo thông thường gây khó khăn cho người dùng trong việc kiểm tra các tín hiệu đo được trong thời gian thực khi đang di chuyển, công nghệ này hướng tới việc giám sát thời gian thực và cung cấp thông tin tức thì.
Công nghệ này dự kiến sẽ được mở rộng sang các ứng dụng như phục hồi chức năng, chăm sóc bệnh nhân khẩn cấp, theo dõi hoạt động thể chất, thiết bị điện tử cấy ghép trên da và chăm sóc sức khỏe thông minh, và có thể đóng vai trò là công nghệ then chốt hỗ trợ cho các ngành công nghiệp liên quan.
Giáo sư Tae-Woo Lee đã chứng minh năng lực nghiên cứu hàng đầu thế giới thông qua các bài báo được công bố liên tiếp trên các tạp chí Science và Nature trong năm 2026.
Công trình này vượt xa các thiết bị phát sáng thông thường bằng cách tích hợp chức năng phát sáng, xử lý tín hiệu và bộ nhớ vào một thiết bị bán dẫn duy nhất ở điện áp thấp, mở ra một hướng đi mới cho các thiết bị điện tử đeo được thông minh thế hệ tiếp theo.
Giáo sư Tae-Woo Lee, người đứng đầu nghiên cứu, cho biết: "Công trình này đặc biệt có ý nghĩa vì nó chứng minh rằng tất cả các chức năng có thể được tích hợp trong một thiết bị bán dẫn duy nhất, mà không cần phải chế tạo và kết nối riêng biệt các đơn vị xử lý, bộ nhớ và màn hình."
Ông nói thêm: "Trong tương lai, chúng tôi dự định tiếp tục phát triển công nghệ này thành một nền tảng bán dẫn trên da, ứng dụng trong da nhân tạo thông minh và chăm sóc sức khỏe đeo được."
Công nghệ này cũng có ý nghĩa quan trọng vì nó vượt xa các chất bán dẫn phát quang thông thường bằng cách thể hiện tính đa chức năng trong một thiết bị bán dẫn điện áp thấp duy nhất.
Theo nghĩa này, nó mở ra một hướng đi mới cho các thiết bị điện tử đeo trên da thông minh, cho phép tương tác thời gian thực giữa con người và máy móc.
Thời gian đăng bài: 22/06/2026