場效應(yīng)晶體管（FET）是集成電路、計算機CPU和顯示器背板等現(xiàn)代電子產(chǎn)品的核心構(gòu)件。有機場效應(yīng)晶體管（Organic Field Effect Transistors，簡稱OFET）利用有機半導(dǎo)體作為電流流動的通道，與硅等無機同類器件相比，具有靈活的優(yōu)勢。

鑒于OFET具有高靈敏度、機械柔性、生物相容性、特性可調(diào)性和低成本制造等特點，被認(rèn)為在可穿戴電子、保形健康監(jiān)測傳感器和可彎曲顯示器等新應(yīng)用中具有巨大潛力。想象一下，可以卷起的電視屏幕；或者貼身穿戴的智能可穿戴電子設(shè)備和衣服，收集身體的重要信號，進(jìn)行即時的生物反饋；或者用無害的有機材料制成的迷你機器人在體內(nèi)工作，進(jìn)行疾病診斷、靶向藥物運輸、小型手術(shù)等藥物和治療。

到目前為止，OFETs性能提升和量產(chǎn)的主要限制在于其小型化的難度。目前市場上使用OFETs的產(chǎn)品，在產(chǎn)品靈活性和耐久性方面還處于原始形態(tài)。

香港大學(xué)機械工程系陳國良博士領(lǐng)導(dǎo)的工程團隊在開發(fā)交錯結(jié)構(gòu)單層有機場效應(yīng)晶體管方面取得重要突破，為縮小OFETs的體積奠定了重要基石。該成果已發(fā)表在學(xué)術(shù)期刊《先進(jìn)材料》上。該創(chuàng)新成果已經(jīng)申請了美國專利。

現(xiàn)在科學(xué)家們在縮小OFETs尺寸方面面臨的主要問題是，隨著尺寸的縮小，晶體管的性能將顯著下降，部分原因是接觸電阻問題，即界面上的電阻會阻礙電流的流動。當(dāng)器件變小后，其接觸電阻將成為顯著降低器件性能的主導(dǎo)因素。

陳博士團隊創(chuàng)造的交錯結(jié)構(gòu)單層OFET表現(xiàn)出創(chuàng)紀(jì)錄的低歸一化接觸電阻40 Ω -cm。與傳統(tǒng)器件1000 Ω -cm的接觸電阻相比，新器件在相同電流水平下運行時，可以節(jié)省96%的接觸功耗。更重要的是，除了節(jié)能，還可以大大減少系統(tǒng)中產(chǎn)生的過多熱量，這是導(dǎo)致半導(dǎo)體失效的常見問題。

“在我們的成果基礎(chǔ)上，我們可以進(jìn)一步縮小OFET的尺寸，并將其推向亞微米級，與無機對應(yīng)器件相匹配，同時仍能有效地發(fā)揮其獨特的有機特性。這對滿足相關(guān)研究的商業(yè)化要求至關(guān)重要?！?陳博士說。

“如果柔性O(shè)FET奏效，許多傳統(tǒng)的基于剛性的電子產(chǎn)品，如顯示面板、電腦和手機等，都將轉(zhuǎn)變?yōu)槿嵝院涂烧郫B的。這些未來設(shè)備的重量將大大減輕，而且生產(chǎn)成本低?！?/p>

“此外，考慮到它們的有機性質(zhì)，它們更有可能在先進(jìn)的醫(yī)療應(yīng)用中具有生物相容性，如追蹤大腦活動或神經(jīng)尖峰傳感的傳感器，以及在癲癇等大腦相關(guān)疾病的精確診斷中?！?陳博士補充道。

陳博士的團隊目前正與香港大學(xué)醫(yī)學(xué)院的研究人員和城大的生物醫(yī)學(xué)工程專家合作，將微型化的OFET集成到聚合物微探針上的柔性電路中，以便在不同的外部刺激下，在小鼠腦部進(jìn)行活體神經(jīng)尖峰檢測。他們還計劃將OFETs集成到導(dǎo)管管等手術(shù)工具上，然后將其放入動物的大腦內(nèi)，進(jìn)行直接的大腦活動感應(yīng)，以定位大腦中的異常激活。

“我們的OFETs提供了更好的信噪比。因此，我們希望能夠接收到一些微弱的信號，而這些信號在使用傳統(tǒng)的裸電極進(jìn)行傳感之前是無法檢測到的?！?/p>

“將應(yīng)用研究與基礎(chǔ)科學(xué)聯(lián)系起來一直是我們的目標(biāo)。我們的科研成果將有望為OFETs的研究和應(yīng)用開辟一片藍(lán)海。我們相信，在OFETs上的設(shè)置和成果，現(xiàn)在已經(jīng)可以在大面積顯示背板和手術(shù)工具上應(yīng)用了?！?陳博士最后說。

關(guān)于香港大學(xué)工程學(xué)院

工程學(xué)院是香港大學(xué)于1912年成立的學(xué)院之一。自成立以來，教師跟上工程的發(fā)展世界，總是在工程研究的前沿，演變成一個最大的大學(xué)教師與五部門提供本科、研究生和研究度在一個廣泛的重要領(lǐng)域的現(xiàn)代工程技術(shù)和計算機科學(xué)。學(xué)院的目標(biāo)是為學(xué)生提供全面的教育，使畢業(yè)生不僅具備尖端科技的知識，而且具備良好的溝通和社交能力、創(chuàng)新思維、終身學(xué)習(xí)的態(tài)度、專業(yè)操守和國際視野。
責(zé)任編輯:tzh