［本站讯］近期，物理学院杨再兴课题组在低功耗源栅晶体管研究中取得系列新进展，一是成功实现低功耗氧化物源栅晶体管并对眼电信号进行有效监测，二是成功构筑低功耗纳米线源栅晶体管并实现高性能光电探测器。
目前，基于多晶硅、非晶硅和氧化物的场效应晶体管技术在商业上取得了巨大成功，但下一代电子产品，如便携式/可穿戴电子产品、柔性/可拉伸电子产品和用于通信、控制、显示、环境传感的透明电子产品以及生物医学应用电子产品等往往需要新的半导体材料、新的器件结构和新的制造工艺来满足更高性能、更低制造成本和多功能的需求。源栅晶体管相比于传统的场效应晶体管，由于电流由金半接触处控制而非沟道半导体控制，因此具有超高增益、低功耗、更高的偏置应力稳定性、抗短沟道效应、对几何变化有更大的容忍度等优点。这些特性使源栅晶体管在显示器、生物医学传感器、光电探测器和物联网可穿戴电子产品等领域具有重大的应用潜力。
进展一：成功实现低功耗氧化物源栅晶体管并对眼电信号进行有效监测
源栅晶体管及其眼电图探测
现阶段，大多数基于氧化物的源栅晶体管是通过真空气相生长技术制造的，严重限制了大面积制备的适用性，并且需要大量的资本投入。相比之下，溶液制备金属氧化物半导体和介电体薄膜，由于在室温下的大面积可加工性、低成本、机械柔性和大面积电学/形貌均匀性等优点，引起了广泛的研究兴趣。但是，鲜有利用溶液法制备的氧化物薄膜构筑源栅晶体管的研究。鉴于此，物理学院杨再兴教授课题组与美国西北大学、中国电子科技大学合作，采用溶液法制备了同质结氧化物薄膜并首次成功构筑了低功耗的源栅晶体管。其中同质结由溶液法制备的In2O3和In2O3:PEI聚合物组成。构筑的源栅晶体管具有低饱和电压（+0.8 ± 0.1 V）、低功耗（mW级别）和高固有增益（~2000）等优点。当使用频率-电容稳定性的高k氧化物F:AlOx作为介电层后，基于源栅晶体管所制备的反相器的增益更是高达5000。该源栅晶体管反相器成功实现了对眼电信号的有效监测：将~1 mV的眼电图信号放大到300 mV。相关研究结果以"High Performance and Low Power Source-Gated Transistors Enabled by a Solution-Processed Metal Oxide Homojunction”为题发表在PNAS（Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America）（2023, 120, e2216672120）期刊上，山东大学特别资助类博士后庄昕明博士为论文共同第一作者。这一研究结果在可穿戴医疗传感和人机接口方面的应用潜力巨大。
进展二：成功构筑低功耗纳米线源栅晶体管并实现高性能光电探测器
源栅晶体管工作示意图及性能比较
一维纳米材料具有优异的光吸收能力、优异的载流子分离与收集能力、优异的机械灵活性、丰富的表面态调控功能及良好的兼容性，具有应用于光电探测器中的独特的优势。然而，鲜有利用纳米线构筑源栅晶体管的研究，并且基于纳米线源栅晶体管的光电探测器的研究仍处于一片空白。近几年，转角电子学发展迅速，其中将具有二维晶体结构的半导体高质量生长为有一定旋转角度的一维纳米线也是热点。鉴于此，物理学院杨再兴课题组首次研究了基于该种纳米线的源栅晶体管及其光电探测行为。利用该源栅晶体管构筑的光电探测器，其功耗低至11.96 nW，远低于当前报道的工作在饱和区域的光电晶体管。器件的响应度和探测率也高达7.86×1012V×W-1和5.87×1013Jones。另外，本工作成功利用电压参数作为光电探测器件的探测信号：基于低维半导体构筑的光电探测器件，一般选择电流作为探测信号且探测电流大多是皮安或者纳安级别。本工作中利用源栅晶体管的低饱和电压特性，采用电压做为探测信号，达伏特级别（6.6×10-1V），更易于探测。由于富硫层的存在，该种纳米线源栅晶体管光电探测器表现出双向光探测行为。相关研究结果以“New Approach to Low-Power-Consumption, High-Performance Photodetectors Enabled by Nanowire Source-Gated Transistors”为题发表在Nano Letters（2022, 22, 9707–9713）期刊上，山东大学物理学院2021级博士生王明绪为论文第一作者。这一研究结果有望应用于光学逻辑运算、人工神经形态系统、可切换光成像和光通信等领域。
以上研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、山东省泰山学者、山东大学杰出青年学者、山东大学青年交叉创新群体、山东省自然科学基金、山东省博新计划等项目的资助。
进展一论文链接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2216672120
进展二论文链接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.2c04013
杨再兴课题组链接：https://faculty.sdu.edu.cn/yangzaixing/zh_CN/index.htm
