先導專項成果⑥｜有機薄膜電晶體：給全世界貼上「標籤」

2020-12-16 中國科學報

作者 |李丹 甘曉

2014年起，中國科學院啟動戰略性先導科技專項（B類）「功能pi(π)-體系的分子工程」（以下簡稱「先導專項」）。

在先導專項支持的5年工作裡，由中國科學院院士朱道本、萬立駿擔任首席科學家，來自中國科學院化學研究所、長春應用化學研究所、上海有機化學研究所以及微電子研究所等多家單位的科研人員通力合作，產生一批原創性的具有世界領先水平的創新成果。

從12月11日起，《中國科學報》盤點該項目支持下，科學家在6個不同領域取得的成果。

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有機薄膜電晶體：給全世界貼上「標籤」

超市收銀員掃描商品的二維碼獲得價格，是我們熟悉的場景。

有一天，我們不再需要給商品貼上二維碼，也可以了解它們的信息——「射頻識別（RFID）」將發揮大作用。

這是一種非接觸式的自動識別技術，基本原理是由掃描器發射一種特定頻率的無線電波能量給「標籤」，驅動「標籤」中的電路將內部的代碼送回至掃描器，以實現「識別」的目標。

中科院微電子所副研究員耿玓介紹，這項技術的應用近來獲得了快速的增長，在未來幾年有望在傳統領域及供應鏈管理中佔據一席之地。

其中，有機材料的本徵柔性和低成本，將極大地擴展射頻識別標籤的應用場景——像塑膠袋一樣柔軟又便宜的射頻識別標籤，可以貼在任何地方，用來接收信號，給全世界貼上「標籤」的目標已不再遙遠。

中國科學院啟動戰略性先導科技專項（B類）「功能pi(π)-體系的分子工程」支持下，化學家們製造了有機薄膜電晶體，為製備新型射頻識別標籤奠定了材料基礎。

如何在有機材料上設計和製作電路，成為接下來的首要問題。

「由於有機半導體薄膜的無序性特徵，載流子的傳輸特性與傳統半導體材料具有很大差異。」

耿玓說，「傳統電晶體中使用的電子設計自動化（EDA）工具已不適於有機電路。」

為此，研究團隊發展了有機薄膜電晶體的遷移率模型，建立了一種包含漏電流模型、電容模型以及參數提取方法的「薄膜電晶體緊湊模型」，開發了新的EDA軟體工具。

基於上述基礎工作，研究人員成功製作了包括邏輯門、環形振蕩器、觸發器、計數器、解碼器和只讀存儲器等基本電路單元在內的射頻識別標籤。

國際評估專家指出：「團隊取得的進步令人鼓舞，應儘快與工業夥伴合作，快速進入大規模生產。」

耿玓指出，這項研究距離實際應用還有相當長的距離，標籤的穩定性和壽命都有待提升。

「不過，我們仍然有理由相信，這是有機薄膜電晶體向射頻識別標籤應用上邁出的堅實一步。」

編輯 | 趙路

排版 | 志海

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