← 返回
一种超低功耗的压力敏感及驻极体栅控有机薄膜晶体管
A Pressure-Sensitive and Piezoelectret-Gated Organic Thin-Film Transistor With Ultra-Low Power Consumption
| 作者 | Wen Hu · Yue Zhao · Jianwei Zhu · Yongguang Wei · Rusen Yang |
| 期刊 | IEEE Electron Device Letters |
| 出版日期 | 2025年4月 |
| 技术分类 | 储能系统技术 |
| 技术标签 | 储能系统 GaN器件 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 有机薄膜晶体管 压电驻极体 低功耗 压力传感 人机界面 |
语言:
中文摘要
有机薄膜晶体管和传感器对于柔性电子技术充分发挥其改变人类生活的潜力至关重要。然而,目前的有机晶体管常常受到高阈值电压和高功耗的限制,并且与传感器集成会增加占用空间和设计复杂度。在本文中,我们发现驻极体中压力诱导的电场能有效调制有机半导体中的电荷输运。驻极体栅控晶体管无需栅电极,并具备压力传感能力,低工作电压使器件的功耗达到纳瓦级别。通过改变驻极体中的偶极子取向,该器件既可以工作在增强模式,也可以工作在耗尽模式,从而简化了电路设计,实现对压力的直接逻辑运算。驻极体栅控机制以及这种对压力敏感、低功耗且柔性的晶体管将推动人机界面和可穿戴技术的发展。
English Abstract
Organic thin-film transistors and sensors are critical for flexible electronics to reach its potential of shaping human lives. However, current organic transistors are often restricted by high threshold voltage and power consumption, and integration with sensors adds to the space and design complexity. In this letter, we found that the pressure-induced electric field in piezoelectret modulates the charge transport in organic semiconductors effectively. The piezoelectret-gated transistor eliminates the gate electrode and adds pressure-sensing capability, and the low operation voltage enables a device with nanowatt power consumption. By switching the dipole orientation in the piezoelectret, the device can work either in enhancement mode or depletion mode, simplifying the circuit design to achieve direct logic operations on pressure. The piezoelectret gating mechanism and the pressure-sensitive, low-power, and flexible transistor will advance the development of human-machine interfaces and wearable technologies.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项压敏压电驻极体栅控有机薄膜晶体管技术虽然属于柔性电子领域的基础研究,但其核心创新点与我司在智能化、低功耗化方向的战略布局存在潜在协同价值。
该技术的纳瓦级功耗特性对我司储能系统和分布式能源管理具有启发意义。当前光伏逆变器和储能系统的监测传感器网络普遍面临功耗与成本的平衡难题,特别是在大规模电站的设备状态监测场景中。若该技术成熟后能应用于压力、应力等物理量的超低功耗感测,可为我司开发新一代自供能传感节点提供技术路径,用于监测组件支架形变、电池模组膨胀等关键参数,配合能量采集技术实现免维护运行。
技术的双模式工作特性(增强型/耗尽型可切换)为简化电路设计提供了新思路,这与我司追求高集成度、高可靠性的产品理念相契合。特别是在户外恶劣环境下,减少元器件数量直接提升系统可靠性。然而必须指出,有机半导体材料的长期稳定性、温度适应性(光伏电站常面临-40℃至85℃工况)以及与现有硅基电力电子系统的集成兼容性仍是重大挑战。
从应用时间轴判断,该技术目前处于实验室验证阶段,距离工业级应用尚需5-8年。建议我司技术预研部门保持跟踪,重点关注其在人机交互界面(如逆变器触控面板)和非关键路径传感的应用可能性,同时评估柔性电子技术在光伏组件健康管理系统中的长期价值。