北京
苏州大学教授张晓宏、揭建胜等团队创制出一种全新有机薄膜隧穿晶体管，突破了低压有机薄膜晶体管的性能瓶颈。该器件具有突破理论极限的亚阈值摆幅和创纪录的信号放大效率，并且功耗较目前报道的有机晶体管下降了一个数量级以上。日前，相关研究成果发表于《自然-电子》。
新一代柔性电子应用的需求对有机薄膜晶体管的性能及功耗提出了更高要求。然而，如何在低工作电压下保持有机薄膜晶体管的优异电学性能，一直是该领域的核心挑战之一。该难题主要归因于传统有机薄膜晶体管中将工作电流开关一个量级所需电压的大小，即器件亚阈值摆幅，其通常由于玻尔兹曼热电子发射理论的限制，导致室温下薄膜晶体管亚阈值摆幅无法低于60毫伏每个量级。
全新有机薄膜隧穿晶体管打破了玻尔兹曼热电子发射理论对亚阈值摆幅的限制。该器件通过深导带的n-型金属氧化物与p-型有机半导体形成的源-沟道异质结，构建出空穴带间隧穿通道。同时，为尽可能避免该异质界面处缺陷态的产生，器件在界面处引入高电离能的分子解耦层，有效缓解了费米能级钉扎效应，并大幅降低了隧穿注入势垒。研究团队进一步构筑了基于有机薄膜隧穿晶体管的放大电路，在仅0.8纳瓦的低功耗下实现了超过537的信号放大增益，并成功对眼动、脉搏等人体微弱电生理信号进行了实时放大与监测，显示出其在柔性可穿戴健康电子、人机交互等方面的应用潜力。
张晓宏表示，在材料体系拓展方面，未来可进一步探索n-型有机半导体，开发n-型有机隧道晶体管，有望构建全有机隧穿逻辑电路，填补有机电子在低功耗逻辑电路中应用中的空白。在应用场景方面，可拓展至生物医学信号，如脑电、肌电的高精度放大；环境微弱信号，如微量气体、弱光的高灵敏探测，以及物联网终端的低功耗信号处理模块。同时，通过发展高效器件集成工艺，推动器件与柔性基板、传感器阵列的一体化设计，有望加速高性能、低功耗有机电子系统的产业化进程。（温才妃）
相关论文信息：
https://doi.org/10.1038/s41928-025-01462-7
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