突破理论极限！苏州大学团队创制全新有机隧穿晶体管，开启超低功耗柔性电子新纪元
颠覆性突破：中国科学家攻克有机电子核心难题，创制全新隧穿晶体管
柔性可穿戴设备、电子皮肤、植入式医疗传感器……这些未来科技图景的实现，都依赖于一项核心硬件——高性能、超低功耗的有机薄膜晶体管。然而，一个长期存在的物理学瓶颈限制了其发展：在室温下，传统有机晶体管的开关速度受限于“玻尔兹曼暴政”，其关键性能指标“亚阈值摆幅”的理论最小值被锁死在60毫伏/十倍，导致器件在低电压下性能急剧恶化，功耗居高不下。
近日，这一长期困扰学界的难题被中国科学家成功攻克。苏州大学张晓宏教授、揭建胜教授团队在国际顶级期刊《自然·电子》上发表了一项里程碑式的研究成果：他们创新性地设计并制备出一种全新结构的有机薄膜隧穿晶体管，不仅成功突破了亚阈值摆幅的理论极限，更将器件功耗降低了一个数量级以上，为下一代超低功耗柔性电子系统开辟了全新的技术路径。
核心创新：巧用“量子隧穿”效应，打破经典物理桎梏
研究团队的核心思路是跳出传统“热电子发射”的框架，转向利用量子力学中的带间隧穿效应来操控电流。
构建高效隧穿通道：他们创造性地采用深导带的n型金属氧化物与p型有机半导体，构建了独特的“源-沟道异质结”。这种能带结构在极低电压下即可形成有效的空穴隧穿通道，使得载流子能够像“穿墙术”一样穿越势垒，从而用极小的栅压变化就能实现对电流的强力控制。
引入“解耦层”优化界面：为避免异质界面缺陷导致的“费米能级钉扎”效应（这会大幅增加隧穿势垒），团队在界面处引入了一层具有高电离能的分子层作为“解耦层”。这一精妙设计如同在隧穿通道前铺设了一条“平滑跑道”，显著降低了隧穿注入的势垒高度，确保了隧穿过程的高效与稳定。
性能飞跃：创纪录的参数与革命性的低功耗
基于上述创新设计，该新型晶体管展现出一系列颠覆性的性能指标：
突破理论极限的开关效率：器件的亚阈值摆幅成功突破室温下60毫伏/十倍的理论下限，实现了更陡峭的开关特性。这意味着仅需极小的电压变化，就能实现电流从“关”到“开”的剧烈变化，为超高灵敏度应用奠定了基础。
数量级降低的功耗：与传统有机晶体管相比，新器件的功耗下降了一个数量级（10倍）以上。这直接解决了柔性电子设备对电池续航和散热的核心诉求。
惊人的信号放大能力：研究团队进一步构建了基于该晶体管的放大电路。测试显示，在仅0.8纳瓦的超低功耗下，电路实现了超过537倍的电压增益。这一效率创造了同类器件的纪录。
应用验证：从实验室走向鲜活的生命信号监测
为了证明其实际应用潜力，团队将该超低功耗、高增益的放大电路与传感器结合，成功实现了对人体微弱生理信号的实时采集与监测。
实验表明，该电路能够清晰、稳定地放大并记录眼球转动产生的眼电信号和手腕的脉搏波信号。这种对微伏级生物电信号的高保真放大能力，无需庞大笨重的传统仪器，仅用轻薄的柔性贴片即可实现，充分展示了其在新一代可穿戴健康监测、人机交互接口和植入式医疗电子领域的巨大应用前景。
未来展望：迈向“全有机”低功耗电子系统
张晓宏教授指出，这项突破性工作只是一个开端。未来，研究团队将从两个维度继续深化探索：
材料体系拓展：当前工作基于p型有机半导体。下一步将探索n型有机半导体，目标是开发出n型有机隧穿晶体管。最终，结合p型和n型器件，有望构建出全有机、超低功耗的互补型逻辑电路，彻底填补有机电子在复杂、高效逻辑运算领域的空白。
应用场景拓宽：除生物医学信号外，该技术的高灵敏、低功耗特性使其同样适用于环境微量气体传感、弱光探测，以及海量物联网终端节点的本地化智能信号处理。通过发展高效的柔性集成工艺，推动器件与传感器阵列、柔性基板的一体化设计，将加速整个高性能有机电子系统的产业化进程。
苏州大学团队的这项研究成果，不仅是一项发表在顶级期刊上的科学突破，更是一次从底层物理机制出发，对有机电子性能边界发起的成功挑战。它成功地将量子隧穿这一微观现象，转化为可实用、高性能的宏观器件，为后摩尔时代电子信息产业，特别是蓬勃发展的柔性电子与生物电子领域，提供了一个极具竞争力的中国解决方案。随着后续研究的推进，这项技术有望引领我们加速步入一个由轻薄、柔性、超低功耗电子设备构成的智能未来。