破解電化學晶體管大規模可靠制備的世界性難題

　　1月19日，電子科技大學測試技術與儀器研究所程玉華課題組在《自然》上，發表了有機電化學晶體管及其互補電路方面的最新研究成果。該研究針對測試數據的源頭基礎器件，首次提出了一種基于紫外光固化溝道的新型垂直結構，破解了電化學晶體管大規模可靠制備的世界性難題，是新型傳感和精密測試領域的重大突破。

　　有機電化學晶體管（OECT）及其電路得益于其超低的驅動電壓（<1 V）、低功耗（<1>10 mS）及生物相容性等優勢，能廣泛應用于下一代智能傳感、生物電子、可穿戴電子和人工神經態電子中。然而，當前基于常規平面結構的OECT尚存在一系列問題，包括較差的器件穩定性、較慢的電化學反應及開關速度、較低的集成密度和極差的N型器件性能，因此極大限制了其進一步的發展與集成應用。

　　面對上述挑戰，研究團隊利用納米限域下離子偏移增強的新機制，采用一種獨創的垂直結構，即垂直堆疊的致密源漏金電極間的溝道由一種具有電化學活性的聚合物半導體和另一種電化學穩定且可光刻的聚合物絕緣體復合構成，實現了可大規模制備的具有高度匹配P/N型性能的OECT，有效攻克了前述OECT存在的一系列問題。

　　該種垂直型OECT（vOECT）在低于0.7 V的驅動電壓下具有高于1 kA/cm2的電流密度、高達0.4 S的跨導、快于1 ms的開關速率及超過5萬次的穩定循環，在器件性能指標上全面超越了現有OECT。基于此，可進一步構建三維垂直堆疊的互補電路，在更小的單位尺寸上進一步提升電路集成密度；且其具有在0.7 V驅動電壓下近150的電壓增益，遠高于當前報道的各類基于OECT的反相器；該vOECT還可以集成到振蕩器、各類邏輯門等更加復雜的電路中。

　　該研究分別在P型及N型OECT中實現了跨導10多倍和近1000倍的指標提升，且將N型OECT中最高千次的循環穩定性提升到了五萬次以上，并實現了P/N型OECT在跨導、穩定性、開關速率、集成密度、制備成本及工藝可靠性方面的全面超越。該項研究成果將為眾多應用開辟全新的檢測/監測/處理手段和系統解決方案，在亟需小體積、高跨導、低功耗智能傳感元件的領域（如疾病早期診斷、健康管理、腦機接口、可植入可穿戴電子、機能修復與增強以及柔性智能機器人等）發揮重要作用，并為拓展下一代柔性可拉伸集成電路提供新的設計理念。