电子科技大学测试技术与仪器研究所程玉华课题组破解电化学晶体管大规模可靠制备难题

1月19日，电子科技大学测试技术与仪器研究所程玉华课题组在《自然》发表有机电化学晶体管及其互补电路方面的最新研究成果。该研究针对测试数据的源头基础器件，首次提出了一种基于紫外光固化沟道的新型垂直结构，破解了电化学晶体管大规模可靠制备的世界性难题，是新型传感和精密测试领域的重大突破。

有机电化学晶体管（OECT）及其电路得益于其超低的驱动电压、低功耗、高跨导及生物相容性等优势，广泛应用于下一代智能传感、生物电子、可穿戴电子和人工神经态电子领域。然而，当前基于常规平面结构的OECT尚存在一系列问题，包括较差的器件稳定性、较慢的电化学反应及开关速度、较低的集成密度和极差的N型器件性能，极大限制了其进一步发展与集成应用。

面对上述挑战，研究团队利用纳米限域下离子偏移增强的新机制，采用一种独创的垂直结构，实现了可大规模制备的具有高度匹配P/N型性能的OECT。这种垂直型OECT（vOECT）在低于0.7 V的驱动电压下具有高于1 kA/cm2的电流密度、高达0.4 S的跨导、快于1 ms的开关速率及超过5万次的稳定循环，在器件性能指标上全面超越了现有OECT。基于此，可进一步构建三维垂直堆叠的互补电路，在更小的单位尺寸上进一步提升电路集成密度；其具有在0.7 V驱动电压下近150的电压增益，远高于当前报道的各类基于OECT的反相器。该vOECT还可以集成到振荡器、各类逻辑门等更加复杂的电路中。

该研究分别在P型及N型OECT中实现了跨导10多倍和近1000倍的指标提升，且将N型OECT中最高千次的循环稳定性提升到了5万次以上，并实现了P/N型OECT在跨导、稳定性、开关速率、集成密度、制备成本及工艺可靠性方面的全面超越。