有机晶体管及其面临的挑战

将电子产品更无缝地融入日常生活的愿望激发了人们对柔性电子产品的兴趣。像柔性显示器和嵌入衣服/人体的电子产品这样的用例越来越受欢迎，要实现它们需要对传统电子产品进行新的改造。

实现柔性电子，有机晶体管是其中一项颇有前景的技术。

上周，TU Dresden大学的研究人员宣布首次展示有机BJT（OBJT），这在有机电子领域制造了一大轰动。

本文将讨论有机晶体管及其面临的挑战，以及TU Dresden大学的新研究。

什么是有机半导体?

有机半导体是实现高柔性电子器件的一种潜在技术，它是由有机半导体材料制成的晶体管设备，主要由碳原子和氢原子组成。由有机材料制成的有机半导体与传统电子产品相比有几大优势。

其中一大优势是它们与简单的制造技术相兼容。与硅电子相比，这种制造技术可以在相对较低的温度下实现。此外，有机半导体通常具有令人印象深刻的材料特性，如高灵活性、更天然和低成本。有了这些特性，有机半导体可以被打印到塑料、衣服甚至人体等柔性基板上。

所有这些都使得有机半导体被认为是未来制造柔性电子产品的关键组件。如今，有机LED(OLED)显示器是有机半导体最受欢迎的应用，与传统LED显示器相比，它可以用更薄的设计提供更好的图像质量。

有机半导体面临的挑战

尽管有机半导体已经在显示技术中找到了应用，但到目前为止，该技术所实现的晶体管只有有机场效应晶体管(OFET)。虽然自OFET诞生以来的几十年里，这项技术已经取得了显著的发展，但仍有一些挑战阻碍了它们被主流采用。

一个挑战是有机材料是传统的绝缘体，这意味着有机晶体管往往比硅晶体管具有更低的载流子迁移率。这种特性，再加上较大的重叠电容和接触电阻，最终限制了OFET的运行速度、能效和频率范围。

迄今为止，大多数研究只报道过OFET工作在中低兆赫范围内，这个频率范围无法适用于广大应用场景。

理想情况下，应该有同时提供低电容和接触电阻的有机晶体管，这将允许更高的性能和更好的频率响应。为此，OBJT一直备受追捧，但尚未实现，因为它们依赖于精确掺杂的基材层，这对于制造是一大挑战。

“世界上首个”OBJT

上周，来自TU Dresden大学的研究人员宣布他们能够制造出世界上第一个高效OBJT，这成为了该领域的重大新闻。

正如他们在《自然》杂志上所描述的那样，研究人员通过开发基于n型和p型掺杂rubrene的晶体薄膜器件来解决OBJT面临的制造挑战。

具体实现时，首先通过真空沉积在基底上沉积一层薄的非晶rubrene，然后在氮气中退火rubrene以开始晶体生长。与传统的在熔炉中生长的晶体相比，这些晶体薄膜直接在基板表面生成，这有利于大规模生产。

这项技术的结果是非常积极的，因为研究人员能够进行n型和p型掺杂，并交付一个厚度约为1µm和垂直迁移率约为3 cm2 V-1 s-1的晶体管。

最后获得一种单位增益频率达到1.6 GHz的OBJT，标志着第一个达到千兆赫频率范围的有机晶体管。

研究人员称，他们研发的OBJT是迈向未来柔性电子产品的成功商业化和超快有机晶体管生产的一大步。随着这一壮举的完成，这项技术还将如何发展，让我们拭目以待！

审核编辑 ：李倩