德國科學(xué)家首次演示新型有機(jī)雙極晶體管 有望在醫(yī)療領(lǐng)域大顯身手

德國科學(xué)家在最新一期《自然》雜志上發(fā)表論文稱，他們首次成功演示了一款高效的有機(jī)雙極晶體管，其關(guān)鍵是使用高度有序的纖薄有機(jī)層。新晶體管的運(yùn)行速度遠(yuǎn)超此前的有機(jī)晶體管，為有機(jī)電子學(xué)開辟了全新的前景，有望在醫(yī)療等領(lǐng)域“大顯身手”。

1947年，美國貝爾實(shí)驗(yàn)室的威廉·肖克利、約翰·巴丁和華特·布萊頓發(fā)明了晶體管，開創(chuàng)了微電子時(shí)代，并徹底改變了人們的生活。隨后，首個(gè)所謂的雙極晶體管問世，其中正負(fù)載荷子有助于電流傳輸;接下來，單極場效應(yīng)晶體管研制成功。

晶體管的性能與日俱增，極大加快了數(shù)據(jù)的處理速度。但這些晶體管比較堅(jiān)硬，不太適用于研制新型柔性電子元件，如可折疊的電視顯示屏或醫(yī)療領(lǐng)域使用的儀器等。對于此類應(yīng)用，由有機(jī)材料或碳基半導(dǎo)體制成的晶體管近年來備受關(guān)注。早在1986年，科學(xué)家們就發(fā)明了有機(jī)場效應(yīng)晶體管，但其性能仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于硅元件。

現(xiàn)在，由德累斯頓大學(xué)研究人員領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)研究小組，首次成功演示了一種有機(jī)、高效的雙極晶體管，其關(guān)鍵是使用高度有序的薄有機(jī)層。新晶體管的運(yùn)行速度比以前的有機(jī)晶體管快很多倍，元件的工作頻率首次達(dá)到千兆赫茲(即每秒超過十億次開關(guān)操作)。

研究人員解釋說，研制出首塊有機(jī)雙極晶體管是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)，因?yàn)樗麄儽仨殑?chuàng)建質(zhì)量非常高的新層和新結(jié)構(gòu)。經(jīng)過20年努力研制而成的這種新型有機(jī)雙極晶體管，為有機(jī)電子學(xué)開辟了全新的前景，有望提升數(shù)據(jù)處理和傳輸效率，在多個(gè)領(lǐng)域大顯身手。“例如，可以設(shè)想的未來應(yīng)用是配備傳感器的智能貼片，其能處理傳感器內(nèi)的數(shù)據(jù)并與外部無線通信。”

總編輯圈點(diǎn)：

隨著集成電路發(fā)展到納米尺度，傳統(tǒng)晶體管技術(shù)已觸碰“天花板”，下一個(gè)出口在哪里?科學(xué)家和工程師們近年來一直在不斷探索和追尋。集成電路領(lǐng)域有句話叫“一代材料，一代器件”，用新型材料替代傳統(tǒng)硅基材料是不錯(cuò)的思路。一種方案是利用二維材料的獨(dú)特優(yōu)勢，使電子元器件的性能實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍，從而打破摩爾定律的限制;另一種方案則是利用有機(jī)材料，或者將有機(jī)材料和無機(jī)材料混合起來，相得益彰。無論哪種思路都可以說明，晶體管的“天花板”是暫時(shí)的，終將在迭代升級(jí)中被打破。