世界首创有机双极结型晶体管(BJT)—突破Ghz!有机晶体管能起飞吗?

2022-06-29 12:15:28 来源:EETOP
来源:EETOP编译整理自allaboutcircuits

链接:https://www.allaboutcircuits.com/news/worlds-first-organic-bipolar-junction-transistors-could-organic-bipolar-transistors-get-more-mainstream/

将电子产品更无缝地融入我们生活的愿望激发了人们对柔性电子产品领域的兴趣。柔性显示器和嵌入衣服或人体的电子产品等用例越来越受欢迎,要实现它们需要对传统电子产品进行新的尝试。实现柔性电子产品的一种有前途的技术是有机晶体管。

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有机晶体管柔性显示器的一个例子

上周,德累斯顿大学的研究人员宣布首次展示有机BJT(双极结型晶体管),这在有机电子领域引起了轰动。

在本文中,我们将讨论有机晶体管、它们面临的挑战以及德累斯顿工业大学的新研究。

什么是有机半导体

实现高度柔性电子产品的一种有前途的技术是有机晶体管。

有机晶体管是由有机半导体材料制成的晶体管器件,这意味着它们主要由碳和氢原子组成。由有机材料制成的有机半导体与传统电子产品相比具有多种优势。

有机电子产品的主要优点之一是它们与简单的制造技术兼容,与硅电子产品相比,这些技术可以在相对较低的温度下进行。最重要的是,有机半导体可以提供令人印象深刻的一些材料特性,例如高机械柔韧性、更高的天然丰度和更低的成本。由于这种特性的结合,有机半导体可以印刷到塑料、衣服甚至人体等柔性基板上。 

所有这些都导致有机半导体被认为是未来创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,它提供了更高的图像质量和更薄的设计。

有机晶体管的挑战

尽管有机半导体已在显示技术中得到应用,但到目前为止,通过该技术实现的唯一晶体管是以有机场效应晶体管 (OFET)的形式出现的。尽管 OFET 自首次创建以来的几十年中取得了长足的发展,但仍有一些挑战阻碍了它们的主流采用。

OFET的结构

一个挑战是有机材料传统上是绝缘体,这意味着有机晶体管的电荷载流子迁移率往往比硅晶体管低得多。该属性与大的重叠电容和接触电阻相结合,最终限制了 OFET 可以运行的速度、功率效率和频率范围。 

迄今为止,大多数研究只报道过在中低兆赫范围内工作的 OFET,该频率范围限制了其广泛的应用。

理想情况下,我们将拥有同时提供低电容和接触电阻的有机晶体管,从而实现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层,给制造成带来挑战。

世界首创有机BJT

上周,来自德累斯顿工业大学的研究人员宣布他们创造出了世界上第一个高效的 OBJT,从而在该领域引起了轰动。

正如他们在Nature上的论文中所描述的那样,研究人员通过开发基于 n 型和 p 型掺杂红荧烯晶体薄膜的设备来解决 OBJT 面临的制造挑战。 

在描述他们的过程时,他们首先通过真空沉积在基板上沉积一层薄薄的无定形红荧烯,然后在氮气氛中对红荧烯进行退火以开始晶体生长。与在炉子上生长的传统晶体相比,这些晶体薄膜是直接在基板表面制成的,这有利于大规模生产。

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有机BJT的结构

这项技术的结果非常积极,因为研究人员能够同时进行 n 型和 p 型掺杂,并提供厚度约为 1 µm 和约 3 cm 2 V-1 s-1 的高垂直迁移率的晶体管. 

结果是实现了 1.6 GHz 的单位增益频率的 OBJT,标志着第一个达到千兆赫兹频率范围的有机晶体管。

研究人员对他们的结果表示赞赏,称他们的 OBJT 是朝着柔性电子未来的超快速有机晶体管的成功商业化和生产迈出的一大步。看看这项技术将如何随着这一壮举的完成而取得进展将会很有趣。 

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