柔性低压有机晶体管：性能突破，速度更快、开关更灵敏

有机薄膜晶体管（TFT）是以共轭有机分子薄层为半导体的场效应晶体管。其优势在于可在较低温度（<200°C）下制造，不仅能用于玻璃基板，还能用于柔性聚合物基板，因此在柔性有源矩阵显示器、传感器阵列和集成电路等领域极具应用价值。这些应用通常要求TFT同时具备高开关电流比（静态性能，即开态与关态漏电流之比）和高特征频率（动态性能，即开关或放大电信号的最高频率）。例如，显示器中的TFT需大的开态电流和高特征频率以快速充放电像素电容，同时需小的关态电流减少泄漏。

研究的核心挑战在于，高特征频率通常需要缩短沟道长度，但这易引发短沟道效应（如关态漏电流增大），导致开关电流比下降。本研究通过优化设计解决了这一矛盾：当沟道长度减小到300nm时，TFT仍完全无有害短沟道效应。这得益于控制沟道长度与栅极介电层厚度之比（保持在20以上），并采用大分子能隙的半导体材料，减少关态下的电荷注入。

实验中，TFT在柔性聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）基板上制备，采用底栅底接触结构。栅极介电层为氧化铝与自组装单分子层的堆叠（总厚8nm），半导体为2,9-二苯基-二萘并噻吩并噻吩（DPh-DNTT）。静态性能测试显示，300nm沟道长度的TFT开启电压为0V，开态漏电流100μA，关态漏电流低至10fA，开关电流比达10^10（柔性有机TFT中最高），亚阈值摆幅75mV/decade（沟道长度<600nm的柔性TFT中最小），栅极电流<1pA。

动态性能方面，基于该TFT的反相器在2V电源电压下，开关延迟时间常数为12ns，对应特征频率40MHz（柔性有机TFT中最高）。这些结果表明，该TFT在≤3V低压下，同时满足柔性、高频、低功耗电子系统对静态和动态性能的要求。未来需进一步降低纳米级沟道的接触电阻，减小栅极介电层厚度以缩短沟道长度，同时抑制栅极泄漏。