德国的研究人员创造了第一个由有机半导体制成的双极晶体管。 这种新型晶体管具有出色的性能、垂直架构和高差分放大，可以在必须高速分析和传输数据的高性能薄膜和柔性电子产品中找到应用。
晶体管在整个现代电子产品中用作开关，以控制电荷载流子（电子或空穴）通过电路的流动。 双极晶体管很特别，因为它们同时利用电子和空穴，这种额外的能力意味着它们非常适合高速和大功率应用。 用有机半导体而不是无机半导体制造它们，可以为电子设计人员提供使这种高速和高功率设备灵活和透明的空间。
领导的团队 卡尔·里奥 of 德累斯顿工业大学 现在，通过使用称为红荧烯的有机半导体的高度有序（结晶）薄膜构建有机双极结晶体管，朝着这一目标迈出了一步。 这种材料具有很高的电荷迁移率，这意味着电荷载流子可以极快地长距离穿过它。
一层一层
双极结型晶体管由三个端子组成，由 p 型或 n 型半导体材料隔开。 在这些器件中，这些半导体以 pnp 或 npn 配置交替排列。
Leo 的团队之前曾制造过 p 型和 n 型红荧烯薄膜，但在最新的工作中，他们采取了额外的步骤，将这些薄膜设计在约 20 nm 厚的非常薄的结晶红荧烯层上。 然后，这些薄膜充当后续 p 层和 n 层以及 i 型层的种子——也就是说，它们既不是 n 型也不是 p 型，因此既不携带负电荷载体，也不携带正电荷载体。 “虽然以前制作过这样的薄膜，但我们是第一个对它们进行电掺杂并实现复杂器件堆叠的人，”Leo 解释说。
器件表征
研究人员估计，他们的新设备的转换频率——本质上是衡量其速度的指标——为 1.6 GHz。 这远高于有机场效应晶体管 (OFET) 的记录，垂直配置的器件为 40 MHz，水平配置的器件为 160 Hz。 然而，Leo 指出，该设备的单位电压速度是衡量其性能的更相关的衡量标准。 “在这里，大约 400MHz/V 的新器件几乎比以前的有机晶体管快一百倍，”他说。
有机晶体管达到新高度
更重要的是，Leo 告诉 物理世界 该团队的新晶体管可用于确定有机材料的一个重要器件参数：少数载流子扩散长度。 这个参数是优化器件效率的关键，是少数载流子（p 型半导体中的电子；n 型半导体中的空穴）在与相反电荷的载流子复合之前可以移动的距离。 在硅中，这个量的长度可以是数微米。 预计有机物的价值要小得多，但在这类材料中，它基本上是未知的，Leo 说。
在这项工作中使用的高度有序层中，TU Dresden 团队确定少数载流子扩散长度为 50 nm，足以使晶体管正常工作。 然而，Leo 强调，仍需要进一步的研究来确定控制这一数量的材料参数以及如何对其进行优化。
据研究人员称，这种新型晶体管可用于信号处理和无线传输等必须高速分析和传输数据的应用。 他们现在正在努力减少设备中的泄漏电流，这将使他们能够直接测量其运行速度。 “我们还希望将高阶层技术的应用推广到其他设备，”Leo 透露。
团队描述工作在 自然.
