全新有机薄膜隧穿晶体管大幅降低系统功耗

发布:cyqdesign 2025-10-06 21:30 阅读:24

近年来,柔性电子以其独特的柔韧性、延展性和可穿戴性,为电子领域带来了全新的可能性。但随着集成系统晶体密度的增加,其功耗逐渐成为不可忽视的问题。近日,苏州大学张晓宏团队创新性地提出了一种全新的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,功耗较目前报道的有机晶体管下降了一个数量级以上。相关论文已发表在《自然·电子》杂志上。

图为有机薄膜隧穿晶体管工作原理和器件性能。

作为一项颠覆性科学技术,柔性电子正在重塑电子设备的形态与功能,是引领后摩尔时代信息技术变革性发展的重要方向。有机薄膜晶体管凭借其本征柔韧性、生物相容性、功能可调以及可大面积高效加工等优势,是推动未来柔性显示、脑机接口、可穿戴健康监测、智能传感、柔性芯片等新兴领域发展的关键元器件。

要满足柔性电子应用需求,有机薄膜晶体管不仅需要具备足够高的电学性能,还须能在低的工作电压下运行。然而,如何在低电压下维持有机薄膜晶体管的高电学性能,一直是该领域的核心挑战。这一难题主要归因于传统有机薄膜晶体管的亚阈值摆幅(SS)值,即将电流开关一个量级所需电压的大小,通常受制于玻尔兹曼热电子发射理论的限制。

针对上述难题,张晓宏教授团队首次创制了一种全新的有机薄膜隧穿晶体管,研究团队设计并利用深导带的n-型金属氧化物与p-型有机半导体单晶薄膜,构建了破隙型源-沟道异质结,产生大的空穴隧穿能量窗口。同时,团队通过在该异质结间引入界面分子解耦层,缓解了费米能级钉扎效应,有效降低了隧穿注入势垒,该设计使得器件在极低的供给电压下即可触发电荷的带间隧穿。

这项研究突破了自有机薄膜晶体管发明以来,器件亚阈值摆幅长期受制于玻尔兹曼热电子发射理论极限的现状,为发展高性能、低功耗薄膜晶体管提供了全新思路。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“保护层辅助光刻”等集成工艺,推动器件与柔性基板、传感器阵列的一体化设计,加速低功耗有机电子系统的产业化进程。

关键词: 晶体管
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