无掺杂有机隧穿场效应晶体管(DL O-TuFET)的直流与射频性能研究：柔性电子器件的新突破

为解决有机薄膜晶体管(OTFT)在纳米尺度下因短沟道效应(SCE)导致的电流饱和难题，研究人员通过功函数工程创新性提出无掺杂有机隧穿场效应晶体管(DL O-TuFET)。该器件通过优化源/漏极功函数(S/D)和栅极长度(LG)，成功抑制双极性传导，实现155 mV/dec的亚阈值摆幅(SS)、2.03 μA的导通电流及1012的开关比，其0.04 GHz的截止频率(ft)为柔性显示系统提供了高效解决方案。

　　

在柔性屏幕和电子纸技术迅猛发展的今天，有机薄膜晶体管(OTFT)作为核心元件却面临纳米尺度下的性能瓶颈——短沟道效应(SCE)导致电流难以饱和，传统掺杂工艺又伴随阈值电压(V_TH)漂移和工艺复杂性。针对这一挑战，研究人员创新性地提出无掺杂有机隧穿场效应晶体管(DL O-TuFET)，通过功函数($$)调控取代化学掺杂，在《Micro and Nanostructures》发表了这项突破性研究。

研究团队采用TCAD(技术计算机辅助设计)工具进行器件仿真，通过精确调控源/漏金属功函数($$_S=3.9 eV, $$_D=5.2 eV)形成NIP结构，结合栅极长度(L_G)优化和缺陷态分析，系统评估了直流/射频特性。

Device structure and operational principle
通过非对称功函数设计，在P3HT有机层中形成电子-空穴注入区，实现带间隧穿(BTBT)主导的载流子传输。当V_DS=1 V时，栅极电压(V_GS)调控的能带弯曲使隧道宽度从8 nm降至2 nm，显著增强隧穿概率。

Results and Discussion
关键参数优化显示：L_G缩短至50 nm时，SS从210 mV/dec改善至155 mV/dec；界面陷阱密度控制在10¹² cm^-2时，开关比维持10¹²量级；双极性电流通过<5.2 eV的$$_D设计被抑制90%。射频分析揭示寄生电容C_gd主导截止频率(f_t)，0.04 GHz的性能满足柔性显示驱动需求。

Conclusion
这项研究首次证实无掺杂O-TuFET通过功函数工程可突破SS=60 mV/dec的理论极限，其-2.5 V的V_TH和μA级工作电流特别适合柔性系统集成。RAJESH AGARWAL团队的工作为有机电子器件提供了可规模化的新范式，未来通过界面钝化工艺优化，有望将f_t提升至GHz级，推动可穿戴电子与生物传感器的革命性发展。