香港大學開發出微型柔性有機半導體OFET

香港大學開發出微型柔性有機半導體OFET

場效應電晶體（FET）是諸如集成電路，計算機CPU和顯示背板之類的現代電子產品的核心組成部分。使用有機半導體作為電流通道的有機場效應電晶體（OFET）與諸如矽的無機對應電晶體相比具有撓性的優勢。

OFET具有高靈敏度，機械柔韌性，生物相容性，性能可調性和低成本製造的優點，被認為在可穿戴電子設備，適形健康監測傳感器和可彎曲顯示器等新應用中具有巨大潛力。

想像一下可以捲起的電視屏幕；或智能穿戴式電子設備和靠近身體穿著的衣服，以收集重要的身體信號以立即進行生物反饋；或由無害有機材料製成的微型機器人在體內工作，用於疾病診斷，目標藥物運輸，微型手術以及其他藥物和治療。

直到現在，OFET的增強性能和大規模生產的主要限制在於難以將它們小型化。就產品的柔性和耐用性而言，當前市場上使用OFET的產品仍處於原始形式。

香港大學機械工程學系的陳國梁博士領導的工程團隊在開發交錯結構單層有機場效應電晶體方面取得了重要突破，這為減小尺寸奠定了重要基礎。該結果已發表在學術期刊Advanced Materials（"用於歐姆接觸電阻，高本徵增益和高電流密度的晶體化單層半導體"， Crystallized Monolayer Semiconductor for Ohmic Contact Resistance, High Intrinsic Gain, and High Current Density）中。該創新已獲得美國專利。

帶有轉移電極的完整單層有機電晶體

現在，科學家在減小OFET的尺寸方面面臨的主要問題是，隨著尺寸的減小，電晶體的性能將顯著下降，部分原因是接觸電阻的問題，即抵抗電流的界面電阻。當設備變小時，其接觸電阻將成為顯著降低設備性能的主要因素。

由陳博士的團隊創建的交錯結構單層OFETs表現出創紀錄的低歸一化接觸電阻40Ω-cm。與具有1000Ω-cm接觸電阻的傳統設備相比，新設備在相同電流水平下運行時可以節省96％的觸點功耗。更重要的是，除了節省能源外，還可以大大減少系統中產生的過多熱量，這是導致半導體故障的常見問題。

"基於我們的成就，我們可以進一步減小OFET的尺寸並將其推至亞微米級，與無機對應物兼容，同時仍可以有效發揮其獨特的有機性能。這對於符合相關研究的商業化要求。"

"如果柔性的OFET能夠工作，那麼許多傳統的基於剛性的電子設備（例如顯示面板，計算機和手機）將轉變為變得靈活和可摺疊。這些未來的設備將在重量上大大減輕，並且生產成本低。"

"此外，鑑於它們的有機性質，它們更可能與先進的醫學應用具有生物相容性，例如用於跟蹤大腦活動或神經峰值感應的傳感器，以及用於精確診斷與腦有關的疾病（例如癲癇病）的傳感器。" 陳醫生補充說。

陳博士的團隊目前正在與香港大學醫學院的研究人員以及城大的生物醫學工程專家合作，將小型OFETs集成到柔性電路中的聚合物微探針上，以便在不同外部刺激下在小鼠大腦中進行體內神經尖峰檢測。他們還計劃將OFETs整合到諸如導管之類的手術工具上，然後將其放置在動物的大腦中，以進行直接的大腦活動感應，從而定位大腦中的異常激活。

"我們的OFET提供了更好的信噪比。因此，我們希望在使用傳統的裸電極進行傳感之前，我們能夠拾取到一些微弱的信號，這些信號是無法檢測到的。"

"我們的目標是將應用研究與基礎科學聯繫起來。我們的研究成果有望為OFET的研究和應用打開一片藍海。我們相信，OFET的設置和成就現已為大面積顯示背板和外科手術中的應用做好了準備。工具。" 陳博士總結。