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具有高静电放电耐受性的热隔离有机场效应晶体管
Heat-Isolated Organic Field-Effect Transistors With Strong Electrostatic Discharge Tolerance
| 作者 | Zeyu Zhong · Yang Wang · Zhanpeng Cui · Yuan Wang · Yu-Qing Zheng |
| 期刊 | IEEE Transactions on Electron Devices |
| 出版日期 | 2025年8月 |
| 技术分类 | 功率器件技术 |
| 技术标签 | SiC器件 GaN器件 |
| 相关度评分 | ★★★★ 4.0 / 5.0 |
| 关键词 | 有机场效应晶体管 静电放电 热隔离 静电放电耐受性 共轭聚合物 |
语言:
中文摘要
本征柔性的有机场效应晶体管(OFET)是可穿戴电子设备的理想组件。这类电子设备面临的一个重大挑战是人体静电放电(ESD),它会释放安培级的电流浪涌并产生显著的热耗散。由于有机半导体的分子堆积和电荷传输对温度变化(尤其是高温)较为敏感,因此OFET通常容易因静电放电而失效。在此,我们报道了一种热隔离型OFET(hiOFET),通过分散器件中的静电放电电流路径并隔离热耗散区域,提高了其静电放电耐受性。我们的策略使器件的失效水平达到了55.03 mA/mm,比传统晶体管结构的失效水平高出近1.7倍。此外,该策略在多种共轭聚合物上的有效性得到了验证。
English Abstract
Organic field-effect transistors (OFETs) that are intrinsically flexible are desirable components for wearable electronics. A major challenge for these electronics is electrostatic discharge (ESD) from the human body, which can release ampere-level current surges and generate significant heat dissipation. As the molecular packing and the charge transport of the organic semiconductors are susceptible to temperature variation, especially to high temperatures, OFETs are generally vulnerable to ESD failure. Here, we report a heat-isolated OFET (hiOFET) with improved ESD tolerance by dispersing ESD current paths and isolating heat dissipation regions in the device. Our strategy realized the device failure level of up to 55.03 mA/mm, which was nearly 1.7 times higher than that of conventional transistor geometry. Moreover, the universality of this strategy was validated on various conjugated polymers.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项热隔离有机场效应晶体管(hiOFET)技术虽然聚焦于柔性电子领域,但其核心的抗静电放电(ESD)防护理念对我司产品具有重要的借鉴价值。
在光伏逆变器和储能系统的实际应用场景中,ESD是导致功率半导体器件失效的主要威胁之一。该论文提出的"分散电流路径+隔离热耗散区域"双重策略,将器件失效阈值提升至55.03 mA/mm,较传统结构提升1.7倍,这一设计思路可迁移至我司IGBT、MOSFET等功率器件的热管理优化中。特别是在户外光伏电站和分布式储能系统中,设备长期暴露于静电积累环境,该技术的热隔离机制能有效延长器件寿命,降低运维成本。
然而,该技术目前仍处于实验室阶段,存在明显的应用门槛。有机半导体的载流子迁移率和功率密度远低于硅基器件,难以直接应用于我司主营的大功率场景。但其在柔性传感器、可穿戴监测设备等辅助系统中具备潜力,例如可用于开发柔性温度传感阵列,实时监测逆变器和电池模组的热分布。
技术机遇在于,随着光储充一体化趋势加速,用户侧设备对柔性、轻量化的需求日益增长。若该技术能突破功率瓶颈并实现量产,可与我司储能系统的智能化管理平台深度集成。建议持续跟踪有机半导体在中低功率电源管理芯片的应用进展,评估其在便携式储能产品线的导入可行性,同时关注其热管理方法论对现有硅基器件封装设计的启示作用。