Low-Power and High-Gain Organic Transistors Achieved Through an Ideal Contact Approaching the Schottky–Mott Limit

材料科学 晶体管 光电子学 有机半导体 肖特基势垒 有机电子学 摩擦电效应 放大器 电压 纳米技术 电气工程 CMOS芯片 二极管 复合材料 工程类
作者
Jialin Shi,Yujian Zhang,Wei Deng,Xiaobin Ren,Jianchao Qi,Fangming Sheng,Rui Pan,Jiansheng Jie,Xiujuan Zhang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acsami.4c17581
摘要

The advancement of flexible electronics necessitates low-power and high-gain organic transistors endowed with the capability to amplify feeble signals, meeting the demands of signal processing and transmission. Despite a myriad of endeavors, the intrinsic gain (Ai) of organic transistors at low supply voltage is conditioned by extrinsic losses attributable to imperfections at the electrical contact. Here, we push the metal–organic semiconductor contact close to the ideal Schottky–Mott model through a blade-coating-induced meniscus extension method, which allows the growth of organic single-crystalline films on multiple and uneven electrode heterointerfaces. Using this approach, our transistor manifests an impeccable gate electrostatic tunability with an ideal subthreshold swing (SS) of 59.6 mV dec–1 and a low average SS of 84.2 mV dec–1 over six decades of current, yielding a high Ai of 1.35 × 105, which is comparable with the reported champion organic thin-film transistors. As a result, an amplifier based on the transistors can operate normally at an extremely low dynamic power consumption of 33.2 pW and reach an ultrahigh voltage gain of 1590 V/V at a low voltage of 5 V. Our study promises to usher in low-power organic electronics reaching the bounds of physical performance.

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