近日，我校功能纳米与软物质研究院（FUNSOM）张晓宏教授团队在《自然-电子》（Nature Electronics）杂志上，发表了题为“Organic thin-film tunnel transistors”的研究论文。论文第一作者为我校邓巍教授，通讯作者为我校张晓宏教授、揭建胜教授、张秀娟教授。
柔性电子作为一项颠覆性科学技术，正在重塑电子设备的形态与功能，是引领后摩尔时代信息技术变革性发展的重要方向。有机薄膜晶体管凭借其本征柔韧性、生物相容性、功能可调以及可大面积高效加工等优势，是推动未来柔性显示、脑机接口、可穿戴健康监测、智能传感、柔性芯片等新兴领域发展的关键元器件。随着集成系统中晶体管密度的增加，功耗逐渐成为一个不可忽视的问题，要满足柔性电子应用需求，有机薄膜晶体管不仅要具备足够高的电学性能，还需能在低的工作电压下运行。然而，如何在低电压下维持有机薄膜晶体管的高电学性能，一直是该领域的核心挑战。这一难题主要归因于传统有机薄膜晶体管的亚阈值摆幅（SS）值，即将电流开关一个量级所需电压的大小，通常受制于玻尔兹曼热电子发射理论的限制，导致室温下薄膜晶体管的SS值无法低于60 mV dec-1。
针对上述难题，张晓宏团队首次创制了一种全新的有机薄膜隧穿晶体管，团队设计并利用深导带的n-型金属氧化物与p-型有机半导体单晶薄膜，构建了破隙型（broken gap）源-沟道异质结，产生大的空穴隧穿能量窗口。同时，通过在该异质结间引入界面分子解耦层，缓解了费米能级钉扎效应，有效降低了隧穿注入势垒，该设计使得器件在极低的供给电压下即可触发电荷的带间隧穿。器件表现出突破理论极限的亚阈值摆幅（24.2 ± 5.6 mV dec-1）、创纪录的信号放大效率（101.2 ± 28.3 S A-1），且功耗较目前报道的有机晶体管下降了一个数量级以上。团队构建了基于有机隧穿晶体管的高性能放大电路，在仅0.8 nW的超低功耗下实现了超过537 V V-1的信号放大增益，并成功应用于对人体微弱电生理信号的放大与实时监测。
这项研究突破了自有机薄膜晶体管发明以来，器件亚阈值摆幅长期受制于玻尔兹曼热电子发射理论极限的现状，为发展高性能、低功耗柔性薄膜晶体管技术提供了全新途径。
