【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】對(duì)生理過程產(chǎn)生的心電、肌電及神經(jīng)電等體表電生理信號(hào)進(jìn)行高保真監(jiān)測(cè)，在疾病診斷、早期風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別及個(gè)性化健康管理等方面具有廣闊且深遠(yuǎn)的應(yīng)用價(jià)值。這類信號(hào)，包括心電圖(ECG)、肌電圖(EMG)、腦電圖(EEG)等，普遍具有低幅值的特征。其中尤以腦電信號(hào)最為微弱，其幅值低至幾至幾十微伏，因此需通過電壓增益超過100dB的放大電路將其放大至伏特量級(jí)，以滿足后續(xù)信號(hào)處理的需求。然而，受限于柔性電路的集成規(guī)模與可行的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在柔性平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)上述高增益仍面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。
針對(duì)這一難題，北京大學(xué)電子學(xué)院胡又凡-彭練矛團(tuán)隊(duì)充分利用碳納米管晶體管中負(fù)微分電阻效應(yīng)誘導(dǎo)的本征增益奇點(diǎn)，在柔性放大領(lǐng)域取得重要突破。該研究深入挖掘了碳納米管器件中負(fù)微分電阻行為及其影響因素，通過器件-電路協(xié)同設(shè)計(jì)，打破了傳統(tǒng)柔性放大電路的增益瓶頸，實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)紀(jì)錄的電學(xué)性能。
研究系統(tǒng)探究了接觸金屬功函數(shù)、柵極結(jié)構(gòu)及器件尺寸等關(guān)鍵參數(shù)對(duì)負(fù)微分電阻調(diào)制行為的影響，并深入揭示了其內(nèi)在物理機(jī)制。在此基礎(chǔ)上，利用NDR的可調(diào)性，團(tuán)隊(duì)成功在柔性碳納米管放大器中實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)紀(jì)錄的1.5×105(約104dB)增益，性能表現(xiàn)優(yōu)于所有已報(bào)道的柔性電壓放大器，并成功演示了對(duì)腦電回放信號(hào)的有效放大。這一成果為全柔性平臺(tái)上的原位生理信號(hào)放大奠定了堅(jiān)實(shí)技術(shù)基礎(chǔ)，在高保真、長(zhǎng)期穩(wěn)定生理監(jiān)測(cè)領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。
以上相關(guān)成果以《基于碳納米管晶體管本征增益奇點(diǎn)的>100dB電壓增益柔性放大器》(“Flexible amplifier with >100-dB voltage gain enabled by intrinsic gain singularity of carbon nanotube transistors”)為題，于2026年3月6日在線發(fā)表于《科學(xué)?進(jìn)展》(Science Advances)。該項(xiàng)研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中國(guó)博士后科學(xué)基金等項(xiàng)目以及納米器件物理與化學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的支持。北京大學(xué)前沿交叉學(xué)科研究院博士研究生黃儒翊、電子學(xué)院博士研究生王譽(yù)儒和電子學(xué)院博雅博士后龍冠樺為論文共同第一作者，胡又凡和彭練矛為論文共同通訊作者。該成果為微弱生理信號(hào)的超高增益放大開辟了創(chuàng)新技術(shù)路徑，在可穿戴健康監(jiān)測(cè)、植入式神經(jīng)接口及下一代生物傳感電子技術(shù)領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。
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