새롭게 부상하는 전자 스킨(E-Skins)은 연속적이고 실시간의 전기생리학적 모니터링을 제공한다. 그러나 일상적인 기계적 스크래치가 이들의 기능을 저하시켜 기계적 손상에 내성을 지닌 자가치유 전자 스킨이 시급히 요구된다. 현재의 재료들은 회복 시간이 느려 신호의 신뢰성 있는 측정을 방해한다. 1분 이내에 치유되지 못하는 점은 상용화의 주요 장벽이다. 1분 이내에 80%의 회복을 달성하는 조성은 아직 보고되지 않았다. 본 연구에서는 물리적 및 생리적 바이오정보의 실시간 모니터링을 위해 맞춤 설계된 빠른 자가치유 E-Skin을 제시한다. 이 전자 스킨은 물리적 손상 후 외부 자극 없이 10초 이내에 기능의 80% 이상을 회복한다. 수중 환경이나 다양한 온도 등 극한 환경에서도 생체지표 평가를 일관되게 신뢰성 있게 유지한다. 효율적인 건강 평가 가능성을 입증하기 위해, 이 E-Skin은 95%를 초과하는 정확도를 달성하며 웨어러블 근력 분석과 현장형 AI 기반 피로 식별에서 뛰어난 성능을 보인다. 본 연구는 빠른 자가치유 능력을 통해 E-Skin의 발전을 가속한다.

유연한 파릴렌-C(PPXC) 기반 저항성 랜덤 액세스 메모리(RRAM)는 저전력 소모와 고속 스위칭 특성으로 인해 유연한 뉴로모픽 시스템에 적합한 시냅스 소자로서 주목을 받아왔다. 그러나 Negative-SET은 도전성 필라멘트(CF)의 과성장(overgrowth)을 유발함으로써 신뢰성 저하에 핵심적인 요인으로 작용해 왔다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 본 연구에서는 불활성 전극과 저항 스위칭 층 사이에 그래핀 배리어를 삽입한 PPXC 기반 RRAM 크로스바 어레이를 제작하였다. 그래핀 배리어 층의 도입은 금속 이온의 과도한 확산을 효과적으로 억제하여 CF의 안정성을 현저히 향상시킨다. 또한 그래핀 층은 RESET 공정을 조절하는 데 중요한 역할을 수행하여 소자 신뢰성을 향상시킨다. 제작된 소자(Pt/Graphene/PPXC/Cu 구조)는 동작 전압 2 V 미만, 내구 사이클 10^4 회 초과, 유지시간 10^4 s 초과, 도전도 ON/OFF 비 10^2 초과, 그리고 굽힘 반경 3 mm에서 500회 이상의 기계적 굽힘 내구성을 포함하는 우수한 전기적 및 기계적 성능을 나타냈다. 더 나아가, Modified National Institute of Standards and Technology 데이터베이스를 활용한 인공 신경망 시뮬레이션은 뉴로모픽 시스템으로서의 적용 가능성을 확인하였다. 본 연구는 차세대 유연 뉴로모픽 시스템 개발을 위한 기술적 기반을 마련한다.

투명한 신경 전극은 신경 신호를 검출하고 신경 조직을 자극하는 데에만 그치지 않고, 다양한 의료 영상 양식에서 영상 인공물을 상당히 감소시킨다. 또한 광학 시스템과 통합될 경우, 표적 위치에서 전기 신호와 광학 신호를 모두 검출할 수 있다. 본 연구에서는 AgNW와 GOPS를 도핑한 PEDOT:PSS의 무작위 네트워크로 구성된, 비용 효율적이며 고도로 투명하고 전도성인 무기–유기 신경 전극 배열(BioCLEAR)을 제안한다. 아울러, BioCLEAR를 이식 가능한 GRIN 렌즈와 결합하여 특정 뇌 영역에서 생체 내 전기생리학 및 칼슘 이미징을 수행할 수 있는 시스템을 소개한다. 두 재료의 장점을 활용함으로써, 본 전극은 높은 전도도, 우수한 생체적합성, 그리고 550 nm 파장에서 85%를 초과하는 광 투과율을 보여준다. BioCLEAR의 타당성은 전기화학적 EIS, CV, 가속 침지 시험, 세포 생존성 평가, 신경 전기생리학적 기록, 설치류에서의 칼슘 이미징을 포함한 다양한 in vitro 및 in vivo 분석을 통해 입증된다. BioCLEAR를 GRIN 프리즘 렌즈와 통합함으로써, 생체 내 전기생리학 및 칼슘 이미징을 영상 인공물의 발생이 최소화된 상태로 성공적으로 수행하였다. BioCLEAR 시스템은 신경계로부터 전기 신호와 영상 데이터를 동시에 측정하고 분석하는 데 있어 상당한 잠재력을 지닌다.

고분자 유전체 기반 유기 박막 트랜지스터(OFETs)는 투명하고 유연한 전자소자, 스마트 포장용 지능형 라벨, 화학 및 생물학적 센서에 대한 잠재적 응용 가능성으로 인해 상당한 주목을 받아왔다. 본 연구에서는 게이트 유전체로 poly(chloro‐p‐xylylene)(parylene‐C)를 사용하여, 두께를 250–450 nm 범위에서 50 nm 간격으로 가변화한 OFETs를 시연하고, 이들의 전기적 특성을 면밀히 조사하였다. 그 결과, parylene‐C의 최적 유전체 두께인 350 nm가 표준 SiO2 유전체에 비해 소자 성능을 유의하게 향상시키는 것으로 나타났으며, 낮은 문턱전압(VTh) 0.23 V, 높은 온/오프 비(Ion/off) 7.27 × 10^3, 증가된 정공 이동도(µh) 1.29 × 10^−2 cm^2 V^−1 s^−1를 달성하였다. parylene‐C 유전체 박막의 두께가 OFETs의 성능에 미치는 영향을 이해하기 위해, 정전용량-전압 및 물 접촉각 측정, 원자힘현미경, 그리고 grazing incidence wide‐angle X-ray scattering 분석을 포함한 다양한 분석을 수행하였다. 또한, X선 흡수 분광법을 사용하여 parylene‐C 및 그 위에 증착된 PBTTT‐C14 층의 전자 구조와 분자 배향을 분석하였다. 본 연구는 parylene‐C 유전체를 이용한 OFETs를 최적화하는 데 유용한 통찰을 제공하며, 차세대 유연하고 저전력 전자소자 개발을 위한 기반을 마련한다.

저항성 랜덤 액세스 메모리 표지 이미지는 그래핀 확산 장벽을 포함하는 유연한 파릴렌-C 기반 저항성 랜덤 액세스 메모리(RRAM) 어레이를 보여준다. 그래핀 층은 과도한 금속 이온 확산을 억제함으로써 도전성 필라멘트의 성장을 제어한다. 인공 신경망 시뮬레이션은 또한 뉴로모픽 컴퓨팅 응용을 위한 이들 소자의 실현 가능성을 추가로 입증한다. 자세한 내용은 Dong-Wook Park, Yoon Kim 및 동료 연구진의 논문 번호 2500056에서 확인할 수 있다.

유연하고 생체적합성인 유기 박막 트랜지스터(OTFTs)는 생체재료와의 호환성 때문에 생물학적 응용에 적합할 수 있다. 본 연구에서는 유연성과 생체적합성으로 알려진 재료인 Parylene-C 기판 및 게이트 유전체를 사용하여 유연 OTFT를 제작하였다. 유기 채널 물질로 poly[2,5-bis(3-tetradecylthiophen-2-yl)thieno[3,2-b]thiophene]을 사용하였다. 채널의 장기적인 내구성과 보호를 보장하기 위해, 생체적합성과 투명성으로 알려진 SU-8이 OTFT를 효과적으로 보호하여 지속적인 동작을 가능하게 하였다. 유연 OTFT는 곡면 지그에 부착하였으며, 이를 “곡면 조건(curved condition)”이라 한다. 곡면 조건에서 VD가 −20 V일 때의 소자 파라미터는 Ion/off 비 3.5 × 104, 문턱전압(VTH) −0.42 V, 이동도 0.003 cm2/V s를 보였다. SU-8 패시베이션을 적용한 Parylene-C 기반 OTFT는 곡면 조건에서 40일 동안 성능을 유지함으로써 신뢰성을 입증하였다. 이러한 결과는 제안된 소자가 유연 전자소자 및 센서 응용에 적합함을 보여준다.