苏州大学教授张晓宏、揭建胜、张秀娟、邓巍团队创新性地提出了一种全新的有机薄膜隧穿晶体管，突破了低压有机薄膜晶体管的性能瓶颈。该器件具有突破理论极限的亚阈值摆幅和创纪录的信号放大效率，并且功耗较目前报道的有机晶体管下降了一个数量级以上。日前，相关研究成果发表在《自然-电子》。

新一代柔性电子应用的需求对有机薄膜晶体管的性能及功耗提出了更高的要求。然而，如何在低工作电压下保持有机薄膜晶体管的优异电学性能，一直是该领域的核心挑战之一。这一难题主要归因于传统有机薄膜晶体管中，将工作电流开关一个量级所需电压的大小，即器件亚阈值摆幅，通常受制于玻尔兹曼热电子发射理论的限制，导致室温下薄膜晶体管亚阈值摆幅无法低于60毫伏每个量级。

研究团队创制的有机薄膜隧穿晶体管打破了玻尔兹曼热电子发射理论对亚阈值摆幅的限制。该器件通过深导带的n-型金属氧化物与p-型有机半导体形成的源-沟道异质结，构建出了空穴带间隧穿通道。同时，为尽可能避免该异质界面处缺陷态的产生，器件在界面处引入高电离能的分子解耦层，有效缓解了费米能级钉扎效应，并大幅降低了隧穿注入势垒。因此，器件具有极低的亚阈值摆幅（24.2毫伏每个量级）以及创记录的信号放大效率（101.2西门子每安培）。研究团队进一步构筑了基于有机薄膜隧穿晶体管的放大电路，在仅0.8纳瓦的低功耗下实现了超过537的信号放大增益，并成功对眼动、脉搏等人体微弱电生理信号进行了实时放大与监测，显示出其在柔性可穿戴健康电子、人机交互等方面的应用潜力。

张晓宏表示，这项研究突破了自有机薄膜晶体管发明以来，器件亚阈值摆幅长期受制于玻尔兹曼热电子发射理论极限的现状，为发展高性能、低功耗薄膜晶体管提供了全新思路。同时该工作仍有多重拓展方向与应用潜力。

在器件性能优化层面，可进一步通过异质结能级工程扩大隧穿窗口，例如筛选更小带隙、更低载流子有效质量的有机半导体材料，或开发高导电性、高电离能的新型界面解耦层，同时结合高介电常数栅极介电材料与更精细的尺寸调控，进一步降低接触电阻与陷阱态密度，推动亚阈值摆幅值向更低极限突破，同时提升器件开关速度与长期稳定性。

在材料体系拓展方面，未来可进一步探索n-型有机半导体，实现n-型有机隧道晶体管，有望构建全有机隧穿逻辑电路，填补有机电子在低功耗逻辑电路中应用中的空白。

在应用场景方面，可拓展至生物医学信号，如脑电、肌电的高精度放大；环境微弱信号，如微量气体、弱光的高灵敏探测，以及物联网终端的低功耗信号处理模块。同时，通过发展高效器件集成工艺，推动器件与柔性基板、传感器阵列的一体化设计，有望加速高性能、低功耗有机电子系统的产业化进程。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41928-025-01462-7