由于薄膜半导体制造的器件应用方向的不断创新，从而引起研究者极大的兴趣，其中有机半导体特别受关注。然而只有有机晶体管的性能得到显著提高才能发挥有机电子的潜力。
有鉴于此，德累斯顿工业大学Karl Leo团队展示了具有出色器件性能的有机双极晶体管(OBJTs)。其器件具有创新的垂直架构并由高度结晶的有机红荧烯薄膜制备而成，表现出高差分放大（超过100）和优于传统器件的高频性能。这些双极晶体管还可以深入了解少数载流子扩散长度。研究结果为具有更快开关速度的高性能有机电子器件的新概念打开了大门。这项研究以“Organic bipolar transistors”为题发表在最新一期的Nature上。
作者使用高度结晶的掺杂薄膜制备OBJT。器件的几何结构中底部为垂直堆叠矩形发射电极，中间为指状结构的基极电极和矩形集电极（顶部）电极。整体为具有n型掺杂基底的pnp型器件。与有机二极管类器件一样，在p和n掺杂薄膜之间添加本征薄膜以改善反向泄漏行为，最终形成pinip结构。发射极和集电极由金制成，以促进有效的空穴注入，而基极由铝制成，以更好地注入电子。在基极的发射极侧添加了一层n掺杂的C60薄膜，以进一步促进电子注入。可以在基极顶部添加额外的本征和弱掺杂材料层，以最大程度地减少基极-集电极泄漏。作者通过进行计算机辅助设计（TCAD）模拟以更好地理解OBJT器件中的电荷传输和用于优化器件结构的设计规则。仿真模拟基于显示大信号放大的器件堆栈。将制造的器件和实验数据作为校准TCAD模拟器的参考。OBJTs各个组件的IV特性校准的模拟结果显示与测量数据之间具有良好的一致性，证实了器件操作的可行性。在校准的TCAD、静电势、电场、载流子密度和电流的基础上，可以针对不同的偏置条件和几何形状模拟和提取分布。该仿真模拟证实了具有差分和大信号放大的OBJTs的操作。此外，他们给出了如何进一步改进设备的明确设计指南。OBJT的少数载流子（空穴）通过基底（n掺杂膜）的扩散。在理想的器件中，扩散长度可以直接由掺杂浓度、基层宽度和所得放大率计算。然而这里测量的放大并不代表晶体管本身的固有放大，而是代表器件作为电路的固有放大。放大的现象证明了少数载流子通过基底的扩散，对于具有1 wt%基底掺杂的器件，少数扩散长度至少为20 nm。基于一组新器件的OBJT操作显示器件具有改进的电极几何形状，寄生电极重叠面积的减小提高了晶体管性能，这与TCAD模拟一致。作者进一步通过拟合经典的双极跃迁关系估算了空穴通过n掺杂红荧烯的扩散长度与校准的TCAD模拟一起大约为50 nm，这与实验结果及通过使用50 nm的输入扩散长度来控制少数载流子主导的器件操作显示出极好的一致性。这项研究的OBJTs设备提供了一种可以直接访问类似高迁移率OSC系统中少数载流子扩散的物理特性的工具，从而可以研究有关OSC中少数子重组机制的基本问题。作者展示了一种功能性测OBJT，在有机晶体管路线图上提供了一个缺失的拼图。OBJTs基于高度结晶的红荧烯薄膜晶体，不仅为超高频有机晶体管提供了一条有前途的途径，而且还允许研究重要的基本物理参数。这项研究结果为下一代高性能有机电子器件铺平了道路，为理解高迁移率OSC中的载流子扩散物理提供了有效途径。https://www.nature.com/articles/s41586-022-04837-4来源：高分子科学前沿
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