新突破：有机晶体管诞生了！应用前景不容小觑

山峰云绕 2019-04-23

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在手机、冰箱、飞机、计算机…晶体管无处不在，但它们通常只在有限的电流范围内工作。LMU物理学家现在已经开发出一种有机晶体管，它在低电流和高电流下都能完美工作。晶体管是控制电路中电压和电流的半导体器件。

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为了降低经济和环境成本，电子设备必须变得更小和更有效。这首先适用于晶体管。在无机半导体领域，小于100纳米的尺寸已经是标准尺寸。在这方面，有机半导体一直未能跟上。此外，它们在载劣运输方面的性能也差得多。

博科园-科学科普：但有机结构还有其他优势，可以很容易地在工业规模上印刷，材料成本更低，并且可以透明地应用于柔性表面。托马斯·韦茨(Thomas Weitz)是LMU物理系的教授，也是慕尼黑纳米系统计划(Nanosystems Initiative Munich)的成员，他和团队正致力于优化有机晶体管。在他们最新发表在《自然纳米技术》上的文章中，他们描述了一种具有不同寻常结构的晶体管制造，这种晶体管体积小、功能强大，而且最重要的是用途广泛。

图片：Christoph Hohmann, Nanosystems Initiative Munich (NIM)

通过在生产过程中仔细剪裁一小组参数，他们已经能够设计出高或低电流密度的纳米器件。主要的创新在于使用非典型几何结构，这也有利于组装纳米尺寸的晶体管。目标是开发一种晶体管设计，它结合了传统晶体管驱动大电流的能力和作为人工突触所需的低压操作。随着垂直有机场效应晶体管的成功组装和表征，精确选择尺寸和离子门控，这一目标现已实现。

新研究潜在应用领域包括oled和传感器，这些器件需要低电压、高通态电流密度或大跨导。特别令人感兴趣的是它们在所谓记忆元素中的可能用途。记忆电阻器可以被认为是人工神经元，因为它们可以用来模拟神经元在处理电信号时的行为。通过微调记忆装置的几何结构，它可以应用于多种情境，比如人工突触中的学习过程。研究人员已经为该设备提交了专利申请，使他们能够开发新的工业用晶体管结构。