新型有机晶体管:可应用于OLED、传感器和忆阻器!

IntelligentThin 2019-03-22 20:14

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




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