基于电势分布的双栅极有机薄膜晶体管精确建模与性能优化研究

针对双栅极有机薄膜晶体管(DG-OTFT)缺乏精确物理模型的问题，研究人员通过严格求解一维泊松方程和电流连续性方程，建立了适用于对称/非对称结构的电势基模型，精确描述了电势分布、载流子浓度及肩电流成因，为柔性电子器件设计提供了重要理论支撑。

　　

随着柔性电子技术的快速发展，有机薄膜晶体管(OTFT)因其低成本、可弯曲和大面积加工优势成为研究热点。然而传统单栅极OTFT面临阈值电压不稳定、载流子迁移率低等瓶颈，双栅极结构(DG-OTFT)虽能显著提升性能，却缺乏精确的物理模型指导器件优化。现有模型多聚焦电荷分布而忽略电势分析，难以解释DG-OTFT特有的肩电流等现象，制约了其在集成电路中的应用突破。

中国的研究团队在《Organic Electronics》发表研究，通过建立基于电势的DG-OTFT通用模型，解决了这一关键问题。研究采用解析推导与实验验证相结合的方法：首先严格求解一维泊松方程获得电势(φ)和载流子密度(n_i
)的分布表达式，针对对称/非对称结构分别建立边界条件；其次通过大电压近似法验证模型收敛性；最后基于表面电势方程推导漏极电流(I_ds
)特性曲线，并结合实验数据验证模型准确性。

Asymmetric DG-OTFT部分揭示了非对称结构中电势的双曲函数分布规律，通过调节前/背栅介电常数(ε_or
)和厚度(t_or
)，可精确控制沟道内载流子输运。Symmetric DG-OTFT部分证明对称结构下电势呈余弦函数分布，简化公式中B=0的特性显著降低了计算复杂度。The influence of model parameters章节指出栅极电容(C_if
/C_ib
)和介电厚度通过改变电场强度直接影响阈值电压(V_th
)稳定性，为器件参数优化提供量化依据。

研究结论表明，该模型首次实现了DG-OTFT电势与载流子分布的精确描述，成功解析了肩电流的产生机制。相较于Colalongo等人提出的电荷基模型，该电势基模型能更全面反映器件物理本质，对推动高性能柔性集成电路设计具有里程碑意义。Xiaohui Li、Yan Yang等作者强调，该成果不仅为DG-OTFT制造工艺提供了理论指导，更为有机半导体技术在显示驱动、传感器等大规模电子设备中的应用开辟了新路径。