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仪表网 研发快讯】有机电化学晶体管(OECT)通过电场调控离子注入有机半导体薄膜，实现体相的离子-电子耦合传输，具有低工作电压、高跨导和良好生物相容性等特点，广泛应用于健康监测、可穿戴电子以及脑机接口等生物电子学领域。然而，由于离子迁移速度与载流子传输速度之间的不匹配，尽管OECT具有较高的放大能力(G m)，但其响应时间(τ)较慢，限制了器件在快速响应如生理电信号传感中的应用。因此，如何优化离子-电子耦合过程，打破放大能力与响应时间的制约关系，仍是当前该领域研究的核心挑战。
在国家自然科学基金委、中国科学院和北京市的支持下，国科大化学科学学院张凤娇课题组提出了侧边离子注入辅助的离子电子混合传输调控策略，构建了放大能力与响应速度协同提升的高性能有机电化学晶体管。该工作通过半导体薄膜的条状微结构化，主动创建侧边离子注入通道，实现垂直和水平方向协调调控的离子-电子耦合传输。研究发现，侧边离子传输通道的创建可以有效降低离子注入过程中的势垒，为实现均匀掺杂和快速的氧化还原过程提供了更高效的离子动力学途径。通过精准调控侧边离子注入的面积比例( RoL )可以调控电荷传输性能，器件放大能力与响应速度的性能优值( G m/ τ )提高600%，最大值为16.2 mS s−1。此外，研究进一步研究验证了该方法在不同电解质、半导体及薄膜厚度中的普适性，为探索高性能有机电化学晶体管提供了有效方式。基于此方法构建的期间被成功应用于心电信号的实时监测，实现了信号的响应和信噪比显著提升，为心电图模式识别在病理诊断中的应用提供了有效方案。
图1 (a)OECT器件结构示意图：I, 传统离子传输：离子通过垂直方向注入半导体薄膜；II, 侧边辅助的离子传输：离子通过垂直和侧边传输通道注入半导体薄膜；(b)不同宽度条状半导体薄膜的AFM高度图，从左至右分别为：100μm,50μm,30 μm,10μm,2μm。
上述研究提出了侧边离子注入辅助的有机电化学晶体管构建新思路，为高性能生物电子器件的制备及其在生理电信号监测中的应用提供了有效方法。相关工作发表于 Nature Communication (2024,15,10118.)，文章的第一作者为博士研究生颜超义。
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