有机场效应晶体管：超越非晶硅的25年发展

"这篇文章是关于有机场效应晶体管(OFETs)的25周年纪念文章，发表在《先进材料》上，由Henning Sirringhaus撰写。文章深入探讨了自1989年以来，OFETs在科学研究和技术发展方面所取得的成就，特别是对于共轭聚合物和小分子有机半导体的电荷传输物理特性的理解。" 在过去的25年里，对有机场效应晶体管的研究极大地促进了我们对共轭聚合物和小分子有机半导体基本载流子传输物理的理解。这些材料通过弱范德华斯键连接，其电荷传输特性介于无定形玻璃中的低迁移率跃迁运输和单晶中的高迁移率带状运输之间。研究发现，电子转移积分、现场能量无序以及对角和非对角的电子声子耦合强度在这些材料中都可能具有相当的量级，这使得这些系统具有独特的性质。 除了对分子设计原则的探索外，这些材料还为研究基础科学问题提供了平台，例如载流子波函数的局域化程度、电荷输运中的量子干涉效应以及半导体中的电荷载体动力学。OFETs的发展也揭示了有机半导体材料如何通过控制分子排列和结晶度来调节电荷迁移率，这对于制造高性能的有机电子设备至关重要。 文章进一步讨论了OFETs在显示器、传感器、逻辑电路和柔性电子器件等领域的应用进展。由于有机材料的柔性和可溶液加工性，OFETs在可穿戴电子、物联网设备和生物医疗设备中展现出巨大的潜力。此外，作者还回顾了OFET技术面临的挑战，包括稳定性问题、界面工程、器件集成以及大规模生产中的工艺控制。 在OFETs的发展过程中，材料创新扮演了核心角色，包括新型共轭聚合物的设计和新型有机半导体小分子的合成。这些进步不仅提高了器件性能，还拓宽了它们的应用范围。例如，通过引入给体-受体共混物，可以实现双极电荷传输，从而提高器件的开关比和工作速度。 未来，OFETs的研究将继续关注提高器件性能、降低制造成本和提升可靠性。在理论模拟和计算化学的帮助下，研究人员将进一步优化分子结构，以期实现更高效率和稳定性的有机半导体。此外，新的器件结构和集成策略也将被探索，以满足不断增长的市场需求和技术挑战。 这篇25周年纪念文章全面概述了有机场效应晶体管的发展历程、科学贡献以及对未来技术的启示。它突显了OFETs作为非硅基半导体技术的重要角色，并预示着在有机电子领域持续创新的可能性。