柔性放大器：碳纳米管晶体管让电压放大能力突破100分贝

对于可穿戴或植入式健康监测设备，准确捕捉和处理人体产生的微弱生物电信号（如心电、肌电、尤其是仅几微伏量级的脑电图EEG信号）至关重要。这类信号必须被大幅放大至伏特级别，才能被后续的模数转换器和处理器有效识别。传统硅基芯片可通过复杂电路（如多级级联）实现100分贝以上的高增益，但柔性电子受限于器件集成密度低、工艺波动大，难以复制此类设计。本文另辟蹊径，利用碳纳米管薄膜晶体管（CNT-TFT）中一种独特的物理现象——负微分电阻（NDR）效应：当晶体管输出电导趋近于零时，其理论电压增益会趋向无穷大，形成所谓的“本征增益奇点”。研究团队系统探究了影响NDR效应的关键因素，包括电极材料（钯Pd与钛Ti接触）、栅极结构（重叠栅与空气隙栅）以及沟道长度，发现通过调控这些参数，可精准“调谐”晶体管的工作点，使其稳定运行在增益奇点附近。在此基础上，研究人员采用“器件-电路协同设计”策略，构建了一种结构简单的单级共源放大器，并成功实现了104分贝（即15万倍）的电压增益，创下所有柔性放大器的最高纪录。该放大器在弯曲状态下性能稳定，并成功将真实脑电信号从100微伏放大到约0.1伏，完全满足后续数字化处理需求，为未来高保真、长时程的柔性生理监测提供了核心硬件支持。