新型有机晶体管：可应用于OLED、传感器和忆阻器！

2019 年 3 月 22 日 IntelligentThings

导读

近日，德国慕尼黑大学的物理学家们开发出一款有机晶体管，它可以在低电流和高电流条件下完美地工作。

背景

晶体管，是一种重要的半导体元器件，可用于控制电路上的电压与电流。晶体管的出现为集成电路、微处理器以及计算机内存的产生奠定了基础。如今，晶体管已经变得无处不在，手机、飞机、家电、智能硬件、无人机、机器人、医疗电子等各种产品，都离不开这一基础元件。

晶体管（图片来源：维基百科）

为了降低经济与环境成本，电子器件必须变得越来越小，越来越高效。以上所有这些趋势都适用于晶体管。在无机半导体领域，低于100纳米的尺寸已经成为标准。这方面，有机半导体却无法赶得上。此外，有机半导体的载流子输运性能相当差。但是，有机结构也带来了一些优点，例如可以进行工业级的印刷，材料成本更低，并可以透明地应用到柔性表面上。

有机薄膜晶体管（图片来源： Rob Felt，佐治亚理工学院）

创新

近日，德国慕尼黑大学（LMU）的物理学家们开发出一款有机晶体管，它可以在低电流和高电流条件下完美地工作。然而，目前普通的晶体管只能工作在受到限制的电流范围之内。

（图片来源：Christoph Hohmann, NIM）

LMU 物理系教授、慕尼黑纳米系统研究计划（NIM）的成员 Thomas Weitz 及其团队正在集中研究如何优化有机晶体管。在近期于《自然纳米技术（Nature Nanotechnology）》期刊上发表的论文中，他们描述了如何制造一种结构独特的晶体管，该晶体管尺寸小、性能强、多功能。

技术

通过在生产加工期间仔细调整一小部分参数，研究人员们已经能够设计出具有“高或低”电流密度的设备。主要的创新在于使用了特殊的几何学，这种几何学也促进了纳米级的晶体管组装。

Weitz 表示：“我们的目标是开发出一种晶体管，它既能驱动经典晶体管特有的高电流，也可以满足人工突触的低电压运行需要。”通过可精准选择的尺寸和离子门控，成功组装和表征纵向有机场效应管，这个目标已经得以实现。

价值

这种新器件的潜在应用领域包括：需要低电压、高通态电流密度或者大跨导的OLED和传感器，特别是所谓的“记忆元件”。Weitz 表示：“忆阻器可以作为人工神经元，因为它们能在处理电信号时建模电子的行为。精细地调整记忆元件的几何形状，使之可以应用于一系列场景中，例如人工突触的学习过程。”

忆阻器芯片 (图片来源：南安普敦大学)

研究人员们已经为这个器件提交了一个专利申请，从而使他们能为工业应用开发新型晶体管。

关键字

晶体管、有机电子、忆阻器、OLED、传感器

参考资料

【1】https://www.en.uni-muenchen.de/news/newsarchiv/2019/weitz_transistor.html

【2】Jakob Lenz, Fabio del Giudice, Fabian R. Geisenhof, Felix Winterer, R. Thomas Weitz. Vertical, electrolyte-gated organic transistors show continuous operation in the MA cm−2 regime and artificial synaptic behaviour. Nature Nanotechnology, 2019; DOI: 10.1038/s41565-019-0407-0