本文由半导体产业纵横（ID:ICVIEWS）编译自IEEE

现代计算机芯片内的晶体管有几纳米宽，并以数百千兆赫兹的频率开关。为可生物降解应用而制造的有机电化学晶体管尺寸为毫米级，开关频率为千赫兹。世界上第一个木制晶体管由Wallenberg Wood 科学中心的研究人员合作制造，并于本周在美国国家科学院的出版物上进行了报道，它的直径为 3 厘米，开关频率低于 1 赫兹。虽然它可能不会很快为任何基于木材的超级计算机提供动力，但它确实有望用于特殊应用，包括可生物降解计算和植入活植物材料。

“这是非常受好奇心驱动的，”领导这项工作的Linköping University教授 Isak Engquist 说。“我们想：‘我们能做到吗？让我们开始吧，让我们把它展示给科学界，并希望其他人有一些他们看到的东西，这些东西实际上可以在现实中使用。'”

Linköping University教授 Isak Engquist表示，我有同事在我们称为电子工厂的领域处于最前沿。我们在这个项目中使用了枯木，但下一步可能是将它也整合到活植物中。

尽管木质晶体管仍在等待其杀手级应用，但构建木质电子产品的想法并不像听起来那么疯狂。最近一篇关于木质材料的评论写道，“大约 3 亿年的树木进化已经产生了 60,000 多种木本植物，每一种都是大自然的工程杰作。” 木材具有很高的结构稳定性，同时具有高度多孔性并能有效输送水分和养分。研究人员利用这些特性在木材的孔隙内形成导电通道，并借助渗透性电解质以电化学方式调节其导电性。

在 60,000 种木材中，该团队选择轻木是因为它的强度，即使其结构中的一种成分——木质素——已被大部分去除，以便为导电材料腾出更多空间。为了去除大部分木质素，将轻木块用热和化学物质处理了五个小时。然后，剩余的基于纤维素的结构被涂上导电聚合物。该团队尝试了几种聚合物，但发现了一种名为PEDOT:PSS的聚合物是最有效的，部分原因是它是水溶性的。由于木材内部的孔隙是用来输送水的，因此 PEDOT:PSS 溶液很容易通过管子扩散。结果的电子显微镜和 X 射线成像显示聚合物装饰了管结构的内部。由此产生的木块沿着它们的纤维导电。

为了组装晶体管，研究人员使用了三块导电木，每块长 3 厘米，高和宽几毫米，排列成 T 形。T 的顶部用作晶体管沟道，一端为源极，另一端为漏极。通道夹在两个“门”片之间，形成 T 形的腿。在通道和门之间的接触点，他们分层了凝胶电解质。施加到栅极的电压将氢离子从电解质输送到聚合物中，引起化学反应，从而改变聚合物的电导率。这种反应是可逆的，允许这种基于木材的晶体管进行开关操作。

这是一项原理验证工作，Engquist 说，应该可以设计出更高的电流和更小的设备。即便如此，它也不太可能成为复杂电子产品的基础。然而，它可能会用作其他组件的开/关开关，例如太阳能电池、电池或传感器，这些组件可能会被结合到木头中，无论是死的还是活的。“我有同事在我们称为电子植物的领域处于前沿，”恩奎斯特说，“他们试图将电子功能整合到有生命的植物中。我们在这个项目中使用了枯木，但下一步可能是将其也整合到活植物中。”

木制晶体管的一个潜在优势是它是自支撑的：它不需要印刷或沉积基板。有机电化学晶体管是针对生物传感和生物电子学应用进行大量研究的多功能设备，力求由可持续材料制成。然而，它们仍然需要非可持续来源的玻璃或其他基材。“如果我们真的转向可再生或基于森林或生物的材料，”Linköping University生物电子学教授 Daniel Simon（未参与这项工作）说，“不仅作为添加剂，而且作为实际的结构组件的设备，我认为这开辟了一个非常有趣的空间。我相信这真的只是一个开始。”

也就是说，这些应用仍然是假设性的，研究人员说，这项工作是本着协作好奇心的精神完成的。“在这个项目中真正重要的是我们非常跨学科，”Engquist 说。“如果没有木质纤维素专家，我们就没有机会做到这一点。另一方面，他们绝不会想到将晶体管整合到他们以多种不同方式专业处理的木材中。所以只有当我们走到一起时，我们才能做到这一点，我非常希望在其他地方的这种合作能够对我们在这里所做的事情有所帮助。”

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