压力传感器与存储器单片集成系统，面向可穿戴生理传感应用
2026-08-07 16:26:47   来源：麦姆斯咨询   评论：0   点击：

据麦姆斯咨询报道，近期，发表在Nano Research期刊上的一篇题为“A sensing-storage monolithically integrated system based on P3HT OTFT for wearable physiological sensing”的论文，介绍了一种采用低成本溶液旋涂工艺制备的传感-存储单片集成系统。该集成系统将有机薄膜晶体管（OTFT）压力传感器与柔性浮栅有机薄膜晶体管（FG-OTFT）存储器有机融合，实现传感与存储功能一体化，在响应速度及电荷保持能力方面具备突出优势，为研发兼具生理信号传感、数据存储及无线传输功能的柔性电子皮肤提供了全新的技术平台。

面向可穿戴生理传感的传感-存储单片集成系统

可穿戴健康监测系统实现传感与存储功能的无缝集成，对生理信号的实时采集与处理具有重要意义。然而，传统的解决方案将刚性硅基存储器与柔性传感器进行混合集成，面临机械失配、界面复杂等问题，制约其在连续生理监测场景下的实际应用。近期，中国与日本的联合研究团队开发了一种全柔性传感-存储单片集成系统，其采用低成本的溶液旋涂工艺制备，将柔性OTFT压力传感器与FG-OTFT存储器集成于一体。

图1（a）基于聚（3‑己基噻吩‑2,5‑二基）（P3HT）的浮栅有机薄膜晶体管（FG-OTFT）存储器的制备工艺流程；（b）FG-OTFT存储器器件的结构示意图；（c）~（d）FG-OTFT存储器浮栅层中金纳米颗粒的透射电子显微镜（TEM）图；（e）透射电子显微镜测得的金（Au）元素的能量色散X射线光谱（EDS）元素面分布图；（f）由透射电子显微镜图像得到的金纳米颗粒的粒径分布。

这项研究工作由太原理工大学与东京大学的科研人员联合开展，他们提出了一种传感-存储单片集成系统。该压力传感器具备0~40 kPa的宽工作量程、34 ms的快速响应时间，在经过5000次弯曲循环后，且在−20°C ~60°C温度区间内，器件性能均可保持稳定。将器件贴附于指关节、手腕及人体喉部时，其输出的电流变化信号可精准捕捉关节弯曲角度与间歇性咳嗽动作。

该集成系统将柔性FG-OTFT存储器与压力传感器集成，可直接将模拟信号编码为数字ASCII码。存储数据经无线传输后在移动端界面可视化呈现，为智能柔性电子系统提供了可持续的发展路径。该设计不仅实现了压力信息到数字编码的可靠转换，还显著提升了系统数据的可观测性和可操作性。

该集成浮栅存储器在±80 V的编程/擦除偏置电压下，可实现18 V的大存储窗口，电荷保持时间超过10⁵s，并在经历3000次弯曲循环后性能依旧稳定，科研团队利用1×9的存储器阵列，存储了7位ASCII编码字符及两个校验位，并通过低功耗蓝牙（BLE）技术将存储的信息无线传输至移动应用端。

图2（a）基于P3HT的FG-OTFT存储器件的光学图像；（b）FG-OTFT存储器的输出特性；（c）FG-OTFT 存储器的转移特性；（d）编程/擦除操作后的转移特性；（e）FG-OTFT存储器的电荷保持特性；（f）重复编程/擦除循环下的耐久性表现；（g）集成于手指上的柔性压力传感器实物照片；（h）贴附于人体手指关节的压力传感器在0°、30°、60°和90°弯曲时的电流变化；（i）在反复按压手指时，压力传感器的电流响应变化。

图3（a）3000次弯曲循环后，FG-OTFT存储器存储窗口与电流开关比的变化；（b） 环境温度对FG-OTFT存储器存储窗口和电流开关比的影响；（c）50个FG-OTFT器件存储窗口的统计分布；（d）50个FG-OTFT器件电流开关比的统计分布；（e）5000次弯曲循环后，压力传感器的灵敏度变化；（f）压力传感器灵敏度随温度的变化关系。

对比分析表明，相较于已报道的面向生理监测的OTFT基压力传感器与有机存储器，该集成系统具备更短的响应时间与更优异的电荷保持性能。上述特性使该P3HT基传感-存储集成系统有望应用于下一代电子皮肤技术与可穿戴医疗电子器件。

图4（a）传感-存储单片集成系统工作原理示意图；（b）传感-存储单片集成系统的详细实物图及其在手机界面上的显示。

图5（a）单片传感-存储集成系统工作流程示意图；（b）~（e）向存储阵列写入字符 “T”、“Y”、“U”、“T”对应的标准ASCII码时，移动应用端的界面显示。

研究人员强调，这种传感-存储的深度集成方案攻克了传统可穿戴设备数据采集与处理相互割裂的关键技术瓶颈。为实现兼具生理信号传感、数据存储与无线传输功能的低成本全柔性电子皮肤搭建了全新技术平台。后续研究将重点优化器件制备工艺，在提升器件性能的同时，把当前±80 V的工作电压降至适配可穿戴应用的更安全实用水平，同时进一步提升电荷保持时长，满足长期可穿戴监测的使用要求。

论文信息：10.26599/NR.2026.94908532

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