有機(jī)晶體管及其面臨的挑戰(zhàn)

將電子產(chǎn)品更無(wú)縫地融入日常生活的愿望激發(fā)了人們對(duì)柔性電子產(chǎn)品的興趣。像柔性顯示器和嵌入衣服/人體的電子產(chǎn)品這樣的用例越來(lái)越受歡迎，要實(shí)現(xiàn)它們需要對(duì)傳統(tǒng)電子產(chǎn)品進(jìn)行新的改造。

實(shí)現(xiàn)柔性電子，有機(jī)晶體管是其中一項(xiàng)頗有前景的技術(shù)。

上周，TU Dresden大學(xué)的研究人員宣布首次展示有機(jī)BJT（OBJT），這在有機(jī)電子領(lǐng)域制造了一大轟動(dòng)。

本文將討論有機(jī)晶體管及其面臨的挑戰(zhàn)，以及TU Dresden大學(xué)的新研究。

什么是有機(jī)半導(dǎo)體?

有機(jī)半導(dǎo)體是實(shí)現(xiàn)高柔性電子器件的一種潛在技術(shù)，它是由有機(jī)半導(dǎo)體材料制成的晶體管設(shè)備，主要由碳原子和氫原子組成。由有機(jī)材料制成的有機(jī)半導(dǎo)體與傳統(tǒng)電子產(chǎn)品相比有幾大優(yōu)勢(shì)。

其中一大優(yōu)勢(shì)是它們與簡(jiǎn)單的制造技術(shù)相兼容。與硅電子相比，這種制造技術(shù)可以在相對(duì)較低的溫度下實(shí)現(xiàn)。此外，有機(jī)半導(dǎo)體通常具有令人印象深刻的材料特性，如高靈活性、更天然和低成本。有了這些特性，有機(jī)半導(dǎo)體可以被打印到塑料、衣服甚至人體等柔性基板上。

所有這些都使得有機(jī)半導(dǎo)體被認(rèn)為是未來(lái)制造柔性電子產(chǎn)品的關(guān)鍵組件。如今，有機(jī)LED(OLED)顯示器是有機(jī)半導(dǎo)體最受歡迎的應(yīng)用，與傳統(tǒng)LED顯示器相比，它可以用更薄的設(shè)計(jì)提供更好的圖像質(zhì)量。

有機(jī)半導(dǎo)體面臨的挑戰(zhàn)

盡管有機(jī)半導(dǎo)體已經(jīng)在顯示技術(shù)中找到了應(yīng)用，但到目前為止，該技術(shù)所實(shí)現(xiàn)的晶體管只有有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(OFET)。雖然自O(shè)FET誕生以來(lái)的幾十年里，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)取得了顯著的發(fā)展，但仍有一些挑戰(zhàn)阻礙了它們被主流采用。

一個(gè)挑戰(zhàn)是有機(jī)材料是傳統(tǒng)的絕緣體，這意味著有機(jī)晶體管往往比硅晶體管具有更低的載流子遷移率。這種特性，再加上較大的重疊電容和接觸電阻，最終限制了OFET的運(yùn)行速度、能效和頻率范圍。

迄今為止，大多數(shù)研究只報(bào)道過(guò)OFET工作在中低兆赫范圍內(nèi)，這個(gè)頻率范圍無(wú)法適用于廣大應(yīng)用場(chǎng)景。

理想情況下，應(yīng)該有同時(shí)提供低電容和接觸電阻的有機(jī)晶體管，這將允許更高的性能和更好的頻率響應(yīng)。為此，OBJT一直備受追捧，但尚未實(shí)現(xiàn)，因?yàn)樗鼈円蕾囉诰_摻雜的基材層，這對(duì)于制造是一大挑戰(zhàn)。

“世界上首個(gè)”O(jiān)BJT

上周，來(lái)自TU Dresden大學(xué)的研究人員宣布他們能夠制造出世界上第一個(gè)高效OBJT，這成為了該領(lǐng)域的重大新聞。

正如他們?cè)凇蹲匀弧冯s志上所描述的那樣，研究人員通過(guò)開(kāi)發(fā)基于n型和p型摻雜rubrene的晶體薄膜器件來(lái)解決OBJT面臨的制造挑戰(zhàn)。

具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，首先通過(guò)真空沉積在基底上沉積一層薄的非晶rubrene，然后在氮?dú)庵型嘶餽ubrene以開(kāi)始晶體生長(zhǎng)。與傳統(tǒng)的在熔爐中生長(zhǎng)的晶體相比，這些晶體薄膜直接在基板表面生成，這有利于大規(guī)模生產(chǎn)。

這項(xiàng)技術(shù)的結(jié)果是非常積極的，因?yàn)檠芯咳藛T能夠進(jìn)行n型和p型摻雜，并交付一個(gè)厚度約為1μm和垂直遷移率約為3 cm2 V-1 s-1的晶體管。

最后獲得一種單位增益頻率達(dá)到1.6 GHz的OBJT，標(biāo)志著第一個(gè)達(dá)到千兆赫頻率范圍的有機(jī)晶體管。

研究人員稱，他們研發(fā)的OBJT是邁向未來(lái)柔性電子產(chǎn)品的成功商業(yè)化和超快有機(jī)晶體管生產(chǎn)的一大步。隨著這一壯舉的完成，這項(xiàng)技術(shù)還將如何發(fā)展，讓我們拭目以待！

審核編輯 ：李倩