用于增强有机场效应晶体管漏电流的跨通道拓扑结构

《IEEE Transactions on Electron Devices》：Cross-Channel Topology for Enhanced Drain Current in Organic Field-Effect Transistors

有机场效应晶体管（OFETs）的交叉通道拓扑结构通过四正交分支交点设计，解决了传统矩形结构中高漏电流需求与短沟道长度限制的矛盾。实验对比了均一沟道和混合交替沟道两种设计，在50μm和100μm沟道长度下分别实现308%和270%的单支参考器件电流，显著提升灵敏度和传感面积。该设计为柔性电子提供了可扩展解决方案。

　　

摘要：

有机场效应晶体管（OFETs）为化学和生物传感提供了灵活的平台。然而，在传统的矩形几何结构中，要实现高漏电流需要缩短沟道长度，这会减少有效传感区域并限制器件的灵敏度。为了解决这一矛盾，我们开发了一种跨通道OFET拓扑结构，该结构由四个正交分支在中心节点处交汇组成。我们测试了两种器件实现方式：一种是所有分支具有相同沟道长度的跨通道设计，另一种是四种分支中交替使用两种不同沟道长度的混合跨通道（HCC）设计。为了系统地评估这些设计的几何优势，我们制备了传统的矩形参考器件：一种是单分支结构的矩形参考器件，其尺寸与某个分支相匹配；另一种是面积与跨通道器件相同的矩形参考器件。所有器件的沟道长度分别为50 μm和100 μm。我们对这两种跨通道拓扑结构在主偏置模式、平行偏置模式、对角偏置模式以及单分支偏置模式下进行了电学特性测试。对于50 μm的跨通道器件，在主偏置模式下，其平均漏电流为-26.1 μA，相当于单分支参考器件的308%和矩形参考器件的146%；对于100 μm的跨通道器件，其漏电流为-10.6 μA，相当于单分支参考器件的270%和矩形参考器件的130%。HCC设计在各种偏置模式下表现出可调的电流响应，其中主偏置模式下的漏电流为-19.2 μA。这些结果表明，跨通道拓扑结构提供了一种可扩展且与现有制造工艺兼容的方法，能够同时实现高灵敏度和高电流输出。

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