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研究破解电化学晶体管大规模可靠制备难题

2023-01-20 中国科学报 杨晨
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  1月19日,电子科技大学测试技术与仪器研究所程玉华课题组在《自然》发表有机电化学晶体管及其互补电路方面的最新研究成果。该研究针对测试数据的源头基础器件,首次提出了一种基于紫外光固化沟道的新型垂直结构,破解了电化学晶体管大规模可靠制备的世界性难题,是新型传感和精密测试领域的重大突破。

  有机电化学晶体管(OECT)及其电路得益于其超低的驱动电压、低功耗、高跨导及生物相容性等优势,广泛应用于下一代智能传感、生物电子、可穿戴电子和人工神经态电子领域。然而,当前基于常规平面结构的OECT尚存在一系列问题,包括较差的器件稳定性、较慢的电化学反应及开关速度、较低的集成密度和极差的N型器件性能,极大限制了其进一步发展与集成应用。

  面对上述挑战,研究团队利用纳米限域下离子偏移增强的新机制,采用一种独创的垂直结构,实现了可大规模制备的具有高度匹配P/N型性能的OECT。这种垂直型OECT(vOECT)在低于0.7 V的驱动电压下具有高于1 kA/cm2的电流密度、高达0.4 S的跨导、快于1 ms的开关速率及超过5万次的稳定循环,在器件性能指标上全面超越了现有OECT。基于此,可进一步构建三维垂直堆叠的互补电路,在更小的单位尺寸上进一步提升电路集成密度;其具有在0.7 V驱动电压下近150的电压增益,远高于当前报道的各类基于OECT的反相器。该vOECT还可以集成到振荡器、各类逻辑门等更加复杂的电路中。

  该研究分别在P型及N型OECT中实现了跨导10多倍和近1000倍的指标提升,且将N型OECT中最高千次的循环稳定性提升到了5万次以上,并实现了P/N型OECT在跨导、稳定性、开关速率、集成密度、制备成本及工艺可靠性方面的全面超越。

  相关论文信息:https://doi.org/10.1038/s41586-022-05592-2

打印 责任编辑:梁春雨
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