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柔性电子皮肤作为下一代可穿戴设备与仿生机器人的核心部件，需具备高速传感与实时存储动态信号的能力。尤其在生理监测中，压力传感对脉搏、呼吸、关节活动等信号的实时捕捉至关重要。然而，目前常见的集成方案多采用刚性硅基存储器与柔性传感器混合组装，存在杨氏模量不匹配、应力集中、界面分层等问题，导致系统柔韧性下降、信号延迟增加，难以满足长期、舒适、高稳定性的可穿戴监测需求。因此，开发一种全柔性、单片集成的传感-存储系统成为当前柔性电子领域的重要研究方向。
太原理工大学桑胜波教授团队提出一种通过低成本溶液旋涂制备的传感-存储单片集成系统，将柔性浮栅有机薄膜晶体管存储器与OTFT压力传感器相结合。该压力传感器具有0–40 kPa的宽工作范围、34 ms的快速响应时间，并在5000次弯曲循环和-20至60°C温度范围内保持稳定性能。当贴附于指关节、手腕和人体喉部时，该器件能输出明显的电流变化，准确跟踪关节弯曲角度和间歇性咳嗽。集成的浮栅存储器在±80 V编程/擦除偏压下具有18 V的大存储窗口，保持时间超过10⁵ s，并在3000次弯曲后仍稳定工作。通过1×9存储阵列存储7位ASCII编码字符，并经由蓝牙低能耗无线传输至手机界面进行可视化。对比分析表明，该集成系统相比以往报道的OTFT压力传感器与有机存储器具有更快的响应时间和更长的数据保持能力，为可穿戴电子皮肤提供了一个低成本、全柔性、面向应用的生理感知-存储-可视化平台。该文章以“A sensing-storage monolithically integrated system based on P3HT OTFT for wearable physiological sensing”为题发表在国际顶级期刊Nano reasearch上。
图1-制备流程与器件结构示意图：图1展示了P3HT基浮栅有机薄膜晶体管存储器的制备流程与结构设计。制备过程采用全溶液法旋涂工艺，依次在柔性PET衬底上沉积金栅极、PVA阻挡层、金纳米颗粒浮栅层、Parylene隧穿层和P3HT半导体层，最后制备源漏电极。该结构采用底栅顶接触设计，层间界面清晰，工艺兼容性强，适用于大面积柔性集成。图1(c)-(d)的TEM图像显示金纳米颗粒呈离散球形分布，平均粒径约10.16 nm，分布均匀，为浮栅层提供稳定的电荷存储节点。该设计不仅保证了存储器的机械柔性，也为后续与压力传感器的单片集成奠定了基础。图2-存储器电学与存储性能表征：图2展示了FG-OTFT存储器的电学特性与存储性能。输出特性曲线显示器件在低漏压下呈线性区，随电压升高进入饱和区，表现出典型的p型晶体管行为。转移特性曲线在编程与擦除操作后出现明显的阈值电压偏移，存储窗口达18 V。图2(e)的电荷保持测试表明，在-20 V读取电压下，器件保持时间超过10⁵ s，满足可穿戴系统中短期数据缓冲需求。图2(f)的耐久性测试显示，经过1000次编程/擦除循环后，电流开关比仍保持在4.2×10²左右，表明器件具有良好的循环稳定性与可靠性。
图3-器件机械与环境稳定性测试：图3系统评估了存储器与压力传感器在弯曲与温度变化下的稳定性。图3(a)显示经过3000次弯曲后，存储器窗口与开关比仅轻微下降，说明其具备优异的机械耐久性。图3(b)表明在-20°C至60°C温度范围内，存储器性能几乎不受影响。图3(c)-(d)统计了50个器件的存储窗口与开关比分布，显示批次内一致性良好，验证了溶液工艺的可靠性。图3(e)-(f)进一步显示压力传感器在5000次弯曲和宽温范围内灵敏度保持稳定，满足可穿戴应用对机械与环境适应性的要求。
图4-系统集成与无线传输示意图：图4展示了传感-存储集成系统的整体架构与无线传输流程。系统由OTFT压力传感器阵列、FG-OTFT存储器阵列、下位机电路与上位机手机应用构成。压力信号经传感器转换为电流变化，通过ADC转换为数字信号，控制存储器进行编程/擦除操作，最终经蓝牙模块无线传输至手机端，以ASCII码形式实时显示。该设计实现了从信号感知、存储到无线可视化的全流程集成，体现了系统在柔性电子皮肤中的实际应用潜力。
图5-系统功能验证与应用演示：图5直观地演示了该单片集成感知-存储系统的核心功能和工作流程。图5(a)展示了研究人员通过4200-SCS半导体参数分析器，手动对存储器阵列施加编程/擦除电压的控制场景，体现了系统在实验验证阶段的精确可控性。图5(b)至(e)是本次研究的核心成果展示：系统成功将外部压力信号（如放置20克砝码）转换为电信号，并进一步编码写入了四个字母“T”、“Y”、“U”、“T”所对应的7位ASCII二进制码（分别为1010100, 1011001, 1010101, 1011001）。尤为关键的是，图中揭示了该1×9存储器阵列的创新设计：前两位被专门设计为校验位（固定为“10”），只有在满足此验证条件后，后续的存储单元才能进行编程/擦除操作。
【文献总结】
该研究成功开发出一种基于P3HT的全溶液法制备、传感-存储单片集成的柔性系统，专用于可穿戴生理监测。该系统创新性地将OTFT压力传感器与浮栅OTFT存储器集成于单一PET衬底上，摒弃了传统刚性存储单元，从根本上解决了机械不匹配与复杂互连问题。存储器在±80 V操作电压下表现出18 V的大存储窗口、超过10⁵ s的电荷保持能力及优良的弯曲稳定性；压力传感器则具备0–40 kPa宽范围、34 ms快速响应及优异的机械与环境耐受性。实验表明，该系统能实时监测指关节弯曲、手腕活动及咳嗽等生理事件，并将信号转换为ASCII编码存储与无线传输。与现有技术相比，该系统在响应速度、数据保持与柔性集成方面具有明显优势，为未来电子皮肤、可穿戴医疗设备及智能柔性电子系统提供了可行的技术平台。后续工作将着重降低操作电压、提升长期稳定性，以推动其在实际穿戴环境中的广泛应用。
文章信息：Yuwen Li, Qiang Li, Lifeng Ding, et al. A sensing-storage monolithically integrated system based on P3HT OTFT for wearable physiological sensing
https://www.sciopen.com/article/10.26599/NR.2026.94908532
