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工程师们正在解决有机场效应晶体管小型化的难题

2020年10月24日通过路加福音詹姆斯

香港的一个工程团队声称,他们在开发交错结构单层有机场效应晶体管方面取得了重大突破,他们称这对未来的柔性电子设备非常重要。

场效应晶体管(fet)可以在所有现代电子学的核心中找到,从集成电路到cpu,甚至显示器。研究人员迫切希望设计出一种笨重而易碎的硅fet的替代品,这种硅fet在柔性和可穿戴电子设备上的用途有限。

使用有机半导体作为电流通道的有机场效应晶体管(OFETs)可能成为这种替代品。与硅材料相比,硅材料不仅柔韧性好,而且灵敏度高,生物相容性好,可调,制造成本低。

这些指标意味着,它们在可穿戴电子产品、健康传感器和可弯曲电子产品等领域的新应用潜力巨大。

一个小型化的问题

到目前为止,ofet的性能提升和量产一直被一个微型化问题所阻碍,即难以减小ofet的尺寸。此外,目前市场上使用OFETs的产品和应用仍处于非常早期、原始的形式。

虽然大型OFET器件已经被证明,但当尺寸减小时,它们的性能会显著下降,部分原因是接触电阻。

水稻Chan博士

香港大学机械工程学系陈培博士。图片使用的礼貌香港大学

然而,由香港大学(KHU)陈国梁博士领导的一个工程团队声称已经取得了“重大突破”,他们开发了单层有机晶体管——一种交叉结构的单分子层fet——克服了这种尺寸上的挑战。

发表在杂志上先进材料KHU团队的研究描述了他们是如何使用的单层(1L)有机晶体和非破坏性电极来克服在降低fets尺寸时遇到的问题

与接触电阻为1000 ω cm的传统器件相比,该团队的新ofet展示了一个“创纪录的低”的规范化接触电阻,仅为40 ω cm,降低了96%。这也避免了产生过多的热量,而这是其他电子废弃物的一个主要问题。

亚微米尺度的电动势

该研究小组的负责人陈博士说,他们的研究结果证明了这一点它们可以进一步减小ofet的尺寸并“将它们推到亚微米尺度,与它们的无机对应物兼容”,同时保持它们的有效功能和独特的有机特性。

单层有机晶体管的图像

单层有机晶体管的图像。图片使用的礼貌香港大学

如果柔性电子器件能够得到改进并推向市场,那么许多传统的“刚性”电子器件(大部分)就可以在必要或有利的情况下转变为柔性和可折叠的。这些设备重量更轻,生产成本更低。

一种可能的解决方案的神经脉冲传感

“考虑到它们的有机性质,它们更有可能在先进的医学应用中具有生物兼容性,比如追踪大脑活动或神经脉冲感应的传感器,以及癫痫等脑相关疾病的精确诊断。”Chan博士补充说。

陈博士的团队目前正致力于将他们的微型ofet集成到一个柔性电路中,并将其集成到一个聚合物微探针上,以便在不同外部刺激下对小鼠大脑进行体内神经脉冲检测。他们还计划将ofet整合到手术工具中,实现应用研究与基础科学相结合的目标,为ofet研究和应用开辟一片“蓝海”。