总编辑圈点高效有机双极晶体管成功演示工作频率首次达到千兆赫兹

德国科学家在最新一期《自然》杂志上发表论文称,他们首次成功演示了一款高效的有机双极晶体管,其关键是使用高度有序的纤薄有机层。新晶体管的运行速度远超此前的有机晶体管,为有机电子学开辟了全新的前景,有望在医疗等领域“大显身手”。

有机双极晶体管可在柔性电子元件上执行要求很高的数据(如心电图数据)处理和传输任务。

1947年,美国贝尔实验室的威廉·肖克利、约翰·巴丁和华特·布莱顿发明了晶体管,开创了微电子时代,并彻底改变了人们的生活。随后,首个所谓的双极晶体管问世,其中正负载荷子有助于电流传输;接下来,单极场效应晶体管研制成功。

晶体管的性能与日俱增,极大加快了数据的处理速度。但这些晶体管比较坚硬,不太适用于研制新型柔性电子元件,如可折叠的电视显示屏或医疗领域使用的仪器等。对于此类应用,由有机材料或碳基半导体制成的晶体管近年来备受关注。早在1986年,科学家们就发明了有机场效应晶体管,但其性能仍远远落后于硅元件。

现在,由德累斯顿大学研究人员领导的一个研究小组,首次成功演示了一种有机、高效的双极晶体管,其关键是使用高度有序的薄有机层。新晶体管的运行速度比以前的有机晶体管快很多倍,元件的工作频率首次达到千兆赫兹(即每秒超过十亿次开关操作)。

研究人员解释说,研制出首块有机双极晶体管是一个巨大的挑战,因为他们必须创建质量非常高的新层和新结构。经过20年努力研制而成的这种新型有机双极晶体管,为有机电子学开辟了全新的前景,有望提升数据处理和传输效率,在多个领域大显身手。“例如,可以设想的未来应用是配备传感器的智能贴片,其能处理传感器内的数据并与外部无线通信。”

随着集成电路发展到纳米尺度,传统晶体管技术已触碰“天花板”,下一个出口在哪里?科学家和工程师们近年来一直在不断探索和追寻。集成电路领域有句话叫“一代材料,一代器件”,用新型材料替代传统硅基材料是不错的思路。一种方案是利用二维材料的独特优势,使电子元器件的性能实现质的飞跃,从而打破摩尔定律的限制;另一种方案则是利用有机材料,或者将有机材料和无机材料混合起来,相得益彰。无论哪种思路都可以说明,晶体管的“天花板”是暂时的,终将在迭代升级中被打破。

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