簡単に作れて空気で充電する超低電力エレクトロニクス

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(Easy-to-make, ultra-low power electronics could charge out of thin air)

2020/10/13 英国・ケンブリッジ大学

・ ケンブリッジ大学、中国・東吾大学、中国科学院、上海科技大学およびサウジアラビア・キング・アブドゥッラー科学技術大学が、カーボンナノチューブ(CNTs)薄膜トランジスタ(TFT)技術を開発。
・ スケールアップ可能でコスト効果的なプリンティングで製造でき、電磁波や太陽光等を含む環境発電を利用する低コストデバイスに使用できる。デバイスの電源として通常利用される電池は寿命や環境負荷の課題があることから、超低レベルのエネルギーで自律的に作動するエレクトロニクスの開発が進んでいる。
・ 今回開発の技術は、「ディープ・サブスレッショルド」と呼ばれるトランジスタの作動領域(トランジスタの「オフ」状態と見なされる領域での作動)にて、1 種類の半導体材料が正孔と電子の両方をそのチャネル層で輸送する両極性(ambipolar)TFT をベースとした高性能な電子回路を提供する。
・ 前例の無い極めて低い作動電圧とエネルギー消費量(標準的な AA 電池を使用した場合数百年間の継続作動が可能)より、「ディープ・サブスレッショルド・アンバイポーラー」の呼称を案出した。
・ 同技術による CNT アンバイポーラートランジスタは、バイオメディカルアプリケーション、スマートホーム、インフラのモニタリングや指数的に増加する IoT デバイスのエコシステムに向けた次世代の自己発電エレクトロニクス開発の可能性を拓くもの。
・ 本研究には、英国工学・物理化学研究会議(EPSRC)が一部資金を提供した。
URL: https://www.cam.ac.uk/research/news/easy-to-make-ultra-low-power-electronics-couldcharge-out-of-thin-air

<NEDO海外技術情報より>

(関連情報)

ACS NANO 掲載論文(アブストラクトのみ:全文は有料)
Ambipolar Deep-Subthreshold Printed-Carbon-Nanotube Transistors for Ultralow-Voltage and
Ultralow-Power Electronics
URL: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.0c06619

(関連情報)

British Machine Vision Conference (BMVC) 2020 発表論文(フルテキスト)
High-speed Light-weight CNN Inference via strided convolutions on a pixel processor array
URL: https://www.researchgate.net/publication/343655155_High-speed_Lightweight_CNN_Inference_via_Strided_Convolutions_on_a_Pixel_Processor_Array

Abstract

The development of ultralow-power and easy-to-fabricate electronics with potential for large-scale circuit integration (i.e., complementary or complementary-like) is an outstanding challenge for emerging off-the-grid applications, e.g., remote sensing, “place-and-forget”, and the Internet of Things. Herein we address this challenge through the development of ambipolar transistors relying on solution-processed polymer-sorted semiconducting carbon nanotube networks (sc-SWCNTNs) operating in the deep-subthreshold regime. Application of self-assembled monolayers at the active channel interface enables the fine-tuning of sc-SWCNTN transistors toward well-balanced ambipolar deep-subthreshold characteristics. The significance of these features is assessed by exploring the applicability of such transistors to complementary-like integrated circuits, with respect to which the impact of the subthreshold slope and flatband voltage on voltage and power requirements is studied experimentally and theoretically. As demonstrated with inverter and NAND gates, the ambipolar deep-subthreshold sc-SWCNTN approach enables digital circuits with complementary-like operation and characteristics including wide noise margins and ultralow operational voltages (≤0.5 V), while exhibiting record-low power consumption (≤1 pW/μm). Among thin-film transistor technologies with minimal material complexity, our approach achieves the lowest energy and power dissipation figures reported to date, which are compatible with and highly attractive for emerging off-the-grid applications.

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