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            高效有机双极晶体管工作频率首次达到千兆赫兹

            2022年06月27日 09:29  |  作者:刘霞  |  来源:科技日报
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            德国科学家在最新一期《自然》杂志上发表论文称,他们首次成功演示了一款高效的有机双极晶体管,其关键是使用高度有序的纤薄有机层。新晶体管的运行速度远超此前的有机晶体管,为有机电子学开辟了全新的前景,有望在医疗等领域“大显身手”。

            有机双极晶体管可在柔性电子元件上执行要求很高的数据(如心电图数据)处理和传输任务。图片来源:物理学家组织网

            1947年,美国贝尔实验室的威廉·肖克利、约翰·巴丁和华特·布莱顿发明了晶体管,开创了微电子时代,并彻底改变了人们的生活。随后,首个所谓的双极晶体管问世,其中正负载荷子有助于电流传输;接下来,单极场效应晶体管研制成功。

            晶体管的性能与日俱增,极大加快了数据的处理速度。但这些晶体管比较坚硬,不太适用于研制新型柔性电子元件,如可折叠的电视显示屏或医疗领域使用的仪器等。对于此类应用,由有机材料或碳基半导体制成的晶体管近年来备受关注。早在1986年,科学家们就发明了有机场效应晶体管,但其性能仍远远落后于硅元件。

            现在,由德累斯顿大学研究人员领导的一个研究小组,首次成功演示了一种有机、高效的双极晶体管,其关键是使用高度有序的薄有机层。新晶体管的运行速度比以前的有机晶体管快很多倍,元件的工作频率首次达到千兆赫兹(即每秒超过十亿次开关操作)。

            研究人员解释说,研制出首块有机双极晶体管是一个巨大的挑战,因为他们必须创建质量非常高的新层和新结构。经过20年努力研制而成的这种新型有机双极晶体管,为有机电子学开辟了全新的前景,有望提升数据处理和传输效率,在多个领域大显身手。“例如,可以设想的未来应用是配备传感器的智能贴片,其能处理传感器内的数据并与外部无线通信。”

            总编辑圈点:

            随着集成电路发展到纳米尺度,传统晶体管技术已触碰“天花板”,下一个出口在哪里?科学家和工程师们近年来一直在不断探索和追寻。集成电路领域有句话叫“一代材料,一代器件”,用新型材料替代传统硅基材料是不错的思路。一种方案是利用二维材料的独特优势,使电子元器件的性能实现质的飞跃,从而打破摩尔定律的限制;另一种方案则是利用有机材料,或者将有机材料和无机材料混合起来,相得益彰。无论哪种思路都可以说明,晶体管的“天花板”是暂时的,终将在迭代升级中被打破。

            编辑:马嘉悦

            关键词:双极晶体管 晶体管 首次 高效 材料


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