【儀表網 研發(fā)快訊】有機電化學晶體管(OECT)通過電場調控離子注入有機半導體薄膜，實現(xiàn)體相的離子-電子耦合傳輸，具有低工作電壓、高跨導和良好生物相容性等特點，廣泛應用于健康監(jiān)測、可穿戴電子以及腦機接口等生物電子學領域。然而，由于離子遷移速度與載流子傳輸速度之間的不匹配，盡管OECT具有較高的放大能力(G m)，但其響應時間(τ)較慢，限制了器件在快速響應如生理電信號傳感中的應用。因此，如何優(yōu)化離子-電子耦合過程，打破放大能力與響應時間的制約關系，仍是當前該領域研究的核心挑戰(zhàn)。
 

　　在國家自然科學基金委、中國科學院和北京市的支持下，國科大化學科學學院張鳳嬌課題組提出了側邊離子注入輔助的離子電子混合傳輸調控策略，構建了放大能力與響應速度協(xié)同提升的高性能有機電化學晶體管。該工作通過半導體薄膜的條狀微結構化，主動創(chuàng)建側邊離子注入通道，實現(xiàn)垂直和水平方向協(xié)調調控的離子-電子耦合傳輸。研究發(fā)現(xiàn)，側邊離子傳輸通道的創(chuàng)建可以有效降低離子注入過程中的勢壘，為實現(xiàn)均勻摻雜和快速的氧化還原過程提供了更高效的離子動力學途徑。通過精準調控側邊離子注入的面積比例( RoL )可以調控電荷傳輸性能，器件放大能力與響應速度的性能優(yōu)值( G m/ τ )提高600%，最大值為16.2 mS s−1。此外，研究進一步研究驗證了該方法在不同電解質、半導體及薄膜厚度中的普適性，為探索高性能有機電化學晶體管提供了有效方式。基于此方法構建的期間被成功應用于心電信號的實時監(jiān)測，實現(xiàn)了信號的響應和信噪比顯著提升，為心電圖模式識別在病理診斷中的應用提供了有效方案。
 

　　圖1 (a)OECT器件結構示意圖：I, 傳統(tǒng)離子傳輸：離子通過垂直方向注入半導體薄膜；II, 側邊輔助的離子傳輸：離子通過垂直和側邊傳輸通道注入半導體薄膜；(b)不同寬度條狀半導體薄膜的AFM高度圖，從左至右分別為：100μm,50μm,30 μm,10μm,2μm。
 

　　上述研究提出了側邊離子注入輔助的有機電化學晶體管構建新思路，為高性能生物電子器件的制備及其在生理電信號監(jiān)測中的應用提供了有效方法。相關工作發(fā)表于 Nature Communication (2024,15,10118.)，文章的第一作者為博士研究生顏超義。