有机电化学晶体管，最新Nature Materials！

第一作者：Jiajie Guo，Shinya E. Chen

通讯作者：David S. Ginger

通讯单位：华盛顿大学

论文速览：

本研究聚焦于有机电化学晶体管（OECTs）在神经形态计算、生物电子学和实时传感应用中的开关时间因素。现有的设备操作模型无法解释实验观察到的现象：在积累模式的有机电化学晶体管中，关闭时间通常比打开时间快得多。

通过运用原位光学显微镜技术，研究团队成像了晶体管通道的局部掺杂水平，并展示了打开过程分为两个阶段——掺杂前沿的传播和均匀掺杂——而关闭过程仅发生一个阶段。研究归因于关闭时间更快，这是工程因素以及物理和化学因素的结合，包括通道几何形状、掺杂和去掺杂动力学的差异以及载流子密度依赖的迁移率现象。

研究显示，离子传输限制了我们设备的操作速度。本研究为有机电化学晶体管的动力学提供了洞见，并为设计更快的有机电化学晶体管提供了指导。

图文导读：

图 1: OECT响应时间。

图 2: OECT与紫外-可见光谱电化学比较。

图 3: 原位光学显微镜结合OECT开关。

图 4: OECT迁移率和载流子密度。

图 5: OECT响应时间与操作变量的依赖性。

总结展望：

本研究通过原位光学显微镜技术结合OECT特性分析，揭示了积累模式OECTs开关行为的不对称性。研究发现，OECT的打开过程包括两个时间和空间上不同的阶段：掺杂前沿的传播和垂直掺杂。相比之下，关闭过程仅通过一个步骤发生，最快的去掺杂发生在靠近源极的位置，但整个通道的去掺杂动力学变化较弱。

研究识别了影响设备更快关闭的几个因素，包括通道几何形状、掺杂和去掺杂动力学的差异以及载流子密度依赖的迁移率现象。研究进一步展示了一个经验模型，捕捉了积累模式OECTs的开关行为，并提供了对响应时间常数的物理解释。

此外，研究表明，离子传输似乎是限制设备动力学的因素，我们从材料和设备的角度提供了工程更快积累模式OECTs的指导。作者预计这些结果将有助于为特定应用选择反离子化学和晶体管几何形状，并帮助改进未来的基于物理的漂移-扩散模型。

文献信息：

标题：Understanding asymmetric switching times in accumulation mode organic electrochemical transistors

期刊：Nature Materials