有机光电晶体管(OPT)将光电探测器的光敏性与有机场效应晶体管(OFET)的信号放大能力相结合,从而引起了人们极大的研究兴趣。OPT具有灵活、轻便和低成本等优势,在成像、光通信和夜视领域有着广泛的应用前景。亚阈值摆幅(SS)是OPT的关键参数，定义为当晶体管在亚阈值区域工作时，将漏极电流改变一个数量级所需的栅极电压。SS值越小,设备越灵敏、越节能、速度越快,其光电性能越好。然而，传统的OPT性能从根本上受到电荷载流子玻尔兹曼分布的限制，这限制了平均亚阈值摆幅(SSave)在室温下至少为 60 mV/decade。
近日，天津大学理学院的雷圣宾教授和李荣金教授团队，提出了一种创新的单晶体管-单忆阻器（1T1R）架构，以克服传统OFET中的玻尔兹曼极限。通过用忆阻器替换OFET中的源极，1T1R器件利用忆阻器的电阻状态突变实现了18 mV/decade的超低SSave。因此，1T1R 器件对光照明表现出超高的灵敏度，3.9×109 cm W−1Hz1/2的高比检测率，优于传统OPTs(4.9×104 cm W−1Hz1/2)四个数量级。1T1R架构为克服“玻尔兹曼灾难”的不利影响提供了一种潜在的通用解决方案，为各种光电应用中的器件实现超低SS奠定了基础。相关成果以标题为“Overcoming the Unfavorable Effects of ‘Boltzmann Tyranny:’ Ultra-Low Subthreshold Swing in Organic Phototransistors via One-Transistor-One-Memristor Architecture”发表在材料领域TOP学术期刊Advanced Materials上，DOI:10.1002/adma.202309337。