新型有機晶體管：可應用於OLED、感測器和憶阻器！

導讀

近日，德國慕尼黑大學的物理學家們開發出一款有機晶體管，它可以在低電流和高電流條件下完美地工作。

背景

晶體管，是一種重要的半導體元器件，可用於控制電路上的電壓與電流。晶體管的出現為集成電路、微處理器以及計算機內存的產生奠定了基礎。如今，晶體管已經變得無處不在，手機、飛機、家電、智能硬體、無人機、機器人、醫療電子等各種產品，都離不開這一基礎元件。

晶體管（圖片來源：維基百科）

為了降低經濟與環境成本，電子器件必須變得越來越小，越來越高效。以上所有這些趨勢都適用於晶體管。在無機半導體領域，低於100納米的尺寸已經成為標準。這方面，有機半導體卻無法趕得上。此外，有機半導體的載流子輸運性能相當差。但是，有機結構也帶來了一些優點，例如可以進行工業級的印刷，材料成本更低，並可以透明地應用到柔性表面上。

有機薄膜晶體管（圖片來源： Rob Felt，喬治亞理工學院）

創新

近日，德國慕尼黑大學（LMU）的物理學家們開發出一款有機晶體管，它可以在低電流和高電流條件下完美地工作。然而，目前普通的晶體管只能工作在受到限制的電流範圍之內。

（圖片來源：Christoph Hohmann, NIM）

LMU 物理系教授、慕尼黑納米系統研究計劃（NIM）的成員 Thomas Weitz 及其團隊正在集中研究如何優化有機晶體管。在近期於《自然納米技術（Nature Nanotechnology）》期刊上發表的論文中，他們描述了如何製造一種結構獨特的晶體管，該晶體管尺寸小、性能強、多功能。

技術

通過在生產加工期間仔細調整一小部分參數，研究人員們已經能夠設計出具有「高或低」電流密度的設備。主要的創新在於使用了特殊的幾何學，這種幾何學也促進了納米級的晶體管組裝。

Weitz 表示：「我們的目標是開發出一種晶體管，它既能驅動經典晶體管特有的高電流，也可以滿足人工突觸的低電壓運行需要。」通過可精準選擇的尺寸和離子門控，成功組裝和表徵縱向有機場效應管，這個目標已經得以實現。

價值

這種新器件的潛在應用領域包括：需要低電壓、高通態電流密度或者大跨導的OLED和感測器，特別是所謂的「記憶元件」。Weitz 表示：「憶阻器可以作為人工神經元，因為它們能在處理電信號時建模電子的行為。精細地調整記憶元件的幾何形狀，使之可以應用於一系列場景中，例如人工突觸的學習過程。」

憶阻器晶元 (圖片來源：南安普敦大學)

研究人員們已經為這個器件提交了一個專利申請，從而使他們能為工業應用開發新型晶體管。

關鍵字

晶體管、有機電子、憶阻器、OLED、感測器

參考資料

【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

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