近日，公司杨再兴教授课题组采用溶液法制备了同质结氧化物薄膜并首次成功构筑了低功耗的源栅晶体管（Source-gated transistor），实现了对眼电图信号的高增益探测，相关结果以“High Performance and Low Power Source-Gated Transistors Enabled by a Solution-Processed Metal Oxide Homojunction”为题发表在《PNAS（Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America）》（2023, 120, e2216672120）期刊上。
目前，基于多晶硅、非晶硅和氧化物的薄膜晶体管技术在商业上取得了巨大成功，但下一代电子产品，如便携式/可穿戴电子产品、柔性/可拉伸电子产品和用于通信、控制、显示、环境传感的透明电子产品以及生物医学应用电子产品等往往需要新的半导体材料、新的器件结构和新的制造工艺来满足更高性能、更低制造成本和多功能的需求。源栅晶体管相比于传统的场效应晶体管，具有超高增益、低功耗、更高的偏置应力稳定性、抗短沟道效应、对几何变化有更大的容忍度等优点。这些特性使源栅晶体管在显示器、生物医学传感器和物联网可穿戴电子产品等领域具有重大的应用潜力。同时，由于在室温下的大面积可加工性、低成本、机械柔性和大面积电学/形貌均匀性等优点，溶液制备金属氧化物半导体和介电体薄膜引起了广泛的研究兴趣。但是，鲜有利用溶液法制备的氧化物薄膜构筑源栅晶体管的研究。
图1. 源栅晶体管及其眼电图探测。
本工作采用溶液法制备了同质结氧化物薄膜并首次成功构筑了低功耗的源栅晶体管。其中同质结由溶液法制备的In2O3和In2O3:PEI聚合物组成。构筑的源栅晶体管具有低饱和电压（+0.8 ± 0.1 V）、低功耗（mW级别）和高固有增益（~ 2000）等优点。当使用频率-电容稳定性的高k氧化物F:AlOx作为介电层后，基于源栅晶体管所制备的反相器的增益更是高达5000。该源栅晶体管反相器成功实现了对眼电信号的有效监测：将~1 mV的眼电图信号放大到300 mV，在可穿戴医疗传感和人机接口方面的应用潜力巨大。
本院为论文第一通讯单位，特别资助类博士后庄昕明博士为论文第一作者，杨再兴教授为论文共同通讯作者之一。合作者包括电子科技大学黄伟研究员、中北大学王智教授、美国西北大学Lincoln J. Lauhon教授,、Tobin J. Marks教授和Antonio Facchetti教授。该工作得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金、山东省博新计划基金等项目的资助。
论文链接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2216672120
