ในระหว่างการทำงานของทรานซิสเตอร์ จะเกิดช่องทางของประจุบวก (hole channel) ขึ้น ในขณะเดียวกันก็เกิดชั้นไฟฟ้าคู่ (electric double layer) ที่เหนี่ยวนำโดยไอออนบวก
นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยแห่งชาติโซลได้พัฒนาทรานซิสเตอร์เปล่งแสงอินทรีย์แบบไฟฟ้าเคมีแรงดันต่ำพิเศษ ซึ่งสามารถประมวลผลสัญญาณ หน่วยความจำ และเปล่งแสงได้พร้อมกันภายในอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์เดียว โดยการนำสารเพิ่มประสิทธิภาพการขนส่งไอออนเข้าไปในช่องเซมิคอนดักเตอร์พอลิเมอร์เปล่งแสง ทีมวิจัยสามารถสร้างชั้นไฟฟ้าคู่ที่ส่วนต่อประสานขั้วระบาย ทำให้สามารถฉีดอิเล็กตรอนได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยไม่ต้องพึ่งพาแรงดันสูงหรือการเจือสารแบบ n-type ที่ไม่เสถียรซึ่งใช้ในวิธีการแบบดั้งเดิม
ด้วยเหตุนี้ อุปกรณ์จึงยังคงโครงสร้างชั้นแอคทีฟเดียวที่เรียบง่าย ในขณะเดียวกันก็สามารถทำงานได้ด้วยแรงดันต่ำและเปล่งแสงได้ในวงกว้างและจำกัดบริเวณ พร้อมด้วยฟังก์ชันการประมวลผลสัญญาณแบบนิวโรโมฟิก
ผลงานวิจัยนี้ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Nature Materials
อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบสวมใส่ได้กำลังพัฒนาอย่างรวดเร็วเกินกว่าแค่สมาร์ทวอทช์และแว่นตาอัจฉริยะ ไปสู่แพลตฟอร์มที่เป็นมิตรต่อผู้ใช้ในยุคถัดไป โดยในอนาคตจะขยายไปสู่อุปกรณ์ที่ติดบนผิวหนังและฝังในร่างกาย
โดยเฉพาะอย่างยิ่ง อุปกรณ์สวมใส่บนผิวหนัง ควบคู่ไปกับเทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์แบบบูรณาการที่รวมฟังก์ชันการตรวจจับ การประมวลผลสัญญาณ หน่วยความจำ และการแสดงผลไว้ในแพลตฟอร์มเดียว ถือเป็นเทคโนโลยีสำคัญที่จะช่วยให้เกิดการดูแลสุขภาพในยุคต่อไปและอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ในอนาคต
เมื่อไม่นานมานี้ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบสวมใส่ได้ได้พัฒนาไปไกลกว่าการตรวจจับสัญญาณชีวภาพแบบพื้นฐาน ไปสู่การประมวลผลและการแสดงผลสัญญาณแบบเรียลไทม์
อย่างไรก็ตาม จนถึงปัจจุบัน ฟังก์ชันเหล่านี้มักถูกนำไปใช้โดยใช้อุปกรณ์ที่เชื่อมต่อแยกกัน ส่งผลให้โครงสร้างซับซ้อน ชิ้นส่วนมีขนาดใหญ่และแข็งทื่อ และสิ้นเปลืองพลังงานสูง ดังนั้น การรวมฟังก์ชันหลายอย่างเข้าไว้ในสถาปัตยกรรมอุปกรณ์ที่เรียบง่ายจึงกลายเป็นความท้าทายที่สำคัญ
1.เหตุใดอุปกรณ์ในปัจจุบันจึงยังไม่ดีพอ
ทรานซิสเตอร์เปล่งแสงอินทรีย์ได้รับความสนใจในฐานะตัวเลือกที่มีศักยภาพสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบสวมใส่ได้รุ่นต่อไป เนื่องจากสามารถรวมฟังก์ชันของทรานซิสเตอร์และไดโอดเปล่งแสงไว้ในอุปกรณ์เดียวได้
อย่างไรก็ตาม ทรานซิสเตอร์อินทรีย์แบบดั้งเดิมที่มีโครงสร้างอิเล็กโทรดด้านข้างนั้นต้องการแรงดันไฟฟ้าในการทำงานสูงถึง 80 ถึง 180 โวลต์ เนื่องจากระยะห่างระหว่างอิเล็กโทรดที่ยาวและอุปสรรคในการฉีดอิเล็กตรอนที่สูง
แม้ว่าจะใช้การเติมไอออนด้วยกระบวนการทางเคมีไฟฟ้าเพื่อลดแรงดันไฟฟ้าในการทำงาน แต่ก็ยังคงต้องการแรงดันไฟฟ้ามากกว่า 3.5 โวลต์ และโซนการปล่อยแสงยังคงแคบและไม่เสถียร ซึ่งจำกัดการใช้งานจริงในจอแสดงผลและระบบอิเล็กทรอนิกส์แบบสวมใส่ที่ชาญฉลาด
2.วิธีการทำงานของทรานซิสเตอร์รุ่นใหม่
ทีมวิจัยได้พัฒนาทรานซิสเตอร์เปล่งแสงอินทรีย์แบบไฟฟ้าเคมีแรงดันต่ำพิเศษ ซึ่งผสานรวมการประมวลผลสัญญาณ หน่วยความจำ และการเปล่งแสงไว้ในทรานซิสเตอร์อินทรีย์ตัวเดียว
ด้วยการผสมผสานสารเพิ่มประสิทธิภาพการขนส่งไอออนเข้าไปในชั้นแอคทีฟเพื่อเหนี่ยวนำให้เกิดการก่อตัวของชั้นไฟฟ้าคู่ที่ส่วนต่อประสานของอิเล็กโทรด ทีมวิจัยได้นำเสนอกลไกใหม่สำหรับการฉีดอิเล็กตรอนอย่างมีประสิทธิภาพโดยไม่ต้องพึ่งพาแรงดันไฟฟ้าสูงหรือการเจือปนที่ไม่เสถียรซึ่งใช้ในวิธีการแบบดั้งเดิม
これによりสามารถเปล่งแสงได้แม้ในแรงดันไฟฟ้าต่ำกว่า 3.5 โวลต์ ซึ่งก่อนหน้านี้ถือว่าต่ำเกินไปสำหรับการใช้งาน ในขณะเดียวกันก็ยังคงรักษาช่วงการเปล่งแสงที่กว้างและเสถียรไว้ได้
อุปกรณ์ดังกล่าวยังแสดงให้เห็นถึงคุณลักษณะด้านการประมวลผลสัญญาณและหน่วยความจำ โดยมีการสะสมการตอบสนองภายใต้สิ่งเร้าซ้ำๆ และคงอยู่ได้นาน และยังได้รับการสาธิตเพิ่มเติมในระบบแสดงผลแบบสวมใส่ที่ยืดหยุ่นได้ ซึ่งใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ 1.5 โวลต์เพียงสองก้อนเท่านั้น
งานวิจัยนี้แสดงให้เห็นว่า การเปล่งแสงที่เสถียรและฟังก์ชันการทำงานอัจฉริยะสามารถเกิดขึ้นได้พร้อมกัน แม้ในโครงสร้างที่มีชั้นแอคทีฟเพียงชั้นเดียว ซึ่งเป็นการขยายศักยภาพของทรานซิสเตอร์อินทรีย์สำหรับการใช้งานในอุปกรณ์สวมใส่ได้อย่างมาก
3. ผลกระทบที่อาจเกิดขึ้นกับอุปกรณ์สวมใส่
งานวิจัยนี้มีความสำคัญตรงที่ได้บูรณาการการประมวลผลสัญญาณ หน่วยความจำ และการเปล่งแสงเข้าไว้ในอุปกรณ์เดียว ซึ่งช่วยลดข้อจำกัดของระบบอิเล็กทรอนิกส์แบบสวมใส่ได้แบบดั้งเดิมที่ต้องใช้ส่วนประกอบแยกกันหลายชิ้นในการผลิตและเชื่อมต่อเข้าด้วยกัน
โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การแสดงให้เห็นถึงการตอบสนองแบบสะสมและคงอยู่ต่อสิ่งเร้าที่ป้อนเข้ามานั้น เน้นย้ำถึงศักยภาพของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ยุคใหม่ที่สามารถประมวลผลข้อมูลและแสดงผลลัพธ์ผ่านแสงได้ทันที
ในขณะที่อุปกรณ์สวมใส่แบบดั้งเดิมทำให้ผู้ใช้ตรวจสอบสัญญาณที่วัดได้แบบเรียลไทม์ขณะเคลื่อนไหวได้ยาก เทคโนโลยีนี้ชี้ให้เห็นถึงการตรวจสอบแบบเรียลไทม์และการส่งข้อมูลได้ทันที
คาดว่าจะสามารถนำไปประยุกต์ใช้ในด้านต่างๆ เช่น การฟื้นฟูสมรรถภาพ การดูแลผู้ป่วยฉุกเฉิน การติดตามการออกกำลังกาย อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์บนผิวหนัง และการดูแลสุขภาพอัจฉริยะ และอาจเป็นเทคโนโลยีสำคัญที่ช่วยขับเคลื่อนอุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้องได้
ศาสตราจารย์แท-วู ลี ได้แสดงให้เห็นถึงความสามารถในการแข่งขันด้านงานวิจัยระดับโลก ผ่านการตีพิมพ์ผลงานวิจัยอย่างต่อเนื่องในวารสาร Science และ Nature ในปี 2026
งานวิจัยนี้ก้าวข้ามขีดจำกัดของอุปกรณ์เปล่งแสงแบบดั้งเดิม ด้วยการผสานรวมการเปล่งแสง การประมวลผลสัญญาณ และฟังก์ชันหน่วยความจำเข้าไว้ในอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์เดียวที่แรงดันต่ำ ซึ่งเป็นการเปิดทิศทางใหม่สำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบสวมใส่ได้อัจฉริยะรุ่นต่อไป
ศาสตราจารย์แท-วู ลี หัวหน้าทีมวิจัย กล่าวว่า "งานวิจัยนี้มีความสำคัญอย่างยิ่ง เพราะแสดงให้เห็นว่าฟังก์ชันทั้งหมดสามารถรวมเข้าไว้ในอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์เพียงชิ้นเดียวได้ โดยไม่จำเป็นต้องผลิตและเชื่อมต่อหน่วยประมวลผล หน่วยความจำ และหน่วยแสดงผลแยกต่างหาก"
เขากล่าวเสริมว่า "ในอนาคต เราวางแผนที่จะพัฒนาเทคโนโลยีนี้ต่อไปให้เป็นแพลตฟอร์มเซมิคอนดักเตอร์บนผิวหนัง ซึ่งสามารถนำไปใช้กับผิวหนังเทียมอัจฉริยะและอุปกรณ์ดูแลสุขภาพแบบสวมใส่ได้"
เทคโนโลยีนี้มีความสำคัญอย่างยิ่ง เนื่องจากก้าวข้ามขีดจำกัดของสารกึ่งตัวนำเปล่งแสงแบบดั้งเดิม โดยแสดงให้เห็นถึงฟังก์ชันการทำงานที่หลากหลายในอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำแรงดันต่ำเพียงชิ้นเดียว
ในแง่นี้ มันจึงเป็นทิศทางใหม่สำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อัจฉริยะแบบสวมใส่บนผิวหนัง ซึ่งช่วยให้เกิดปฏิสัมพันธ์แบบเรียลไทม์ระหว่างมนุษย์และเครื่องจักร
วันที่โพสต์: 22 มิถุนายน 2569