作者列表：Ling Huang, Dezhen Zhao, Xinwen Yan, Xu Liu, Qingqing Sun, Huige Yang, Xuying Liu, and Hanyu Jia*DOI: 10.1002/aelm.202400474原文鏈接：https://doi.org/10.1002/aelm.202400474有機電化學晶體管（OECT）是一類重要的三端器件，因其在生物電子學和類腦計算領域的廣泛應用而備受關注。OECT憑借其高跨導、高度生物相容性、低操作電壓和低功耗等本征優勢，展現出遠超場效應晶體管的器件性能。離子-電子耦合與體相摻雜特征允許柵電壓高效調制OECT溝道電流。隨著柔性電子和可穿戴器件的快速發展，OECT的應用場景逐漸向生物傳感、神經形態計算等領域拓展。傳統的OECT制備主要依賴光刻技術，盡管該技術能夠獲得較高的分辨率，但存在設備依賴性強、材料利用率低、難以大面積制備等技術缺陷。印刷技術的引入賦予晶體管加工以全新生命力，使其能夠實現低成本、高利用率的器件制備，并被應用于有機薄膜晶體管及其邏輯陣列的大面積印刷。因此，本文對OECT的印刷工藝進展進行了全面回顧，重點探討了油墨材料體系、印刷策略及其在生物傳感和神經形態運算等領域的應用潛力，為全印刷OECT的進一步發展提供全新路徑。 鄭州大學劉旭影/賈晗鈺團隊針對OECT在大面積印刷的發展進程進行了深度概括，從材料體系、印刷工藝、器件性能、應用領域等維度開展了詳細論述，充分對比了不同印刷工藝的優缺點。進一步地，本文總結了OECT在生物/化學傳感、邏輯電路、神經形態運算、等領域的應用實例，并根據相關研究，提出了全印刷OECT在進一步發展中所亟待解決的問題，包括印刷工藝的膜厚可控度、印刷分辨率與精確度、溶劑相容性帶來的批量可靠性、多層印刷的套刻精度等技術難題。
為了實現OECT的全印刷制備，器件的電極、溝道、絕緣層以及介電層等材料需要油墨化。盡管剛性基底能夠提供較好的印刷穩定性和集成度，但柔性基底因適配度高、輕便、易加工等優勢開始逐漸替代剛性基底，具有代表性的柔性基底包括聚合物基底和紙基底等。OECT電極包括柵極、源極、漏極，其中柵極需要非極化電極以實現對溝道的高效電化學摻雜，PEDOT:PSS以及Ag/AgCl作為非極化柵極材料開始被應用于OECT的全印刷制備。OECT的溝道材料體系通常為有機半導體溶液，在調控粘度和表面張力等流變性質后可以很輕易地實現油墨化，包括p型、n型半導體材料。而絕緣層和介電層作為OECT的兩個差異性結構層也可以通過可溶液加工的含氟聚合物得以實現印刷制備。
圖2. 用于全印刷OECT電極、介電層和溝道的材料體系
本文綜合對比了絲網印刷、噴墨印刷、3D打印、氣溶膠噴涂等印刷工藝的各自特點及優勢。不同印刷工藝針對油墨粘度和印刷分辨率有不同的適用范圍，其中絲網印刷適用于大面積、批量化的OECT器件制備，噴墨印刷在高分辨制備中優勢明顯，而3D打印適合復雜結構的定制化制備。各類工藝通過調整油墨配方和印刷流程，均能實現穩定高效的器件制備，展現出不亞于光刻加工所制備OECT的器件性能。
圖5. OECT的3D打印、轉移印刷、以及噴涂工藝
本文進一步綜述了印刷OECT在生物/化學傳感、低功耗邏輯電路、神經形態運算等新興領域的具體應用。例如，通過絲網印刷將OECT集成到紙基傳感器上，實現了葡萄糖與乳酸的實時監測；全印刷OECT可用于構建可重構微波振蕩器；通過3D打印所制備的OECT陣列能夠較好地模擬生物突觸功能。
盡管OECT的全印刷制備具備強大的產業化潛力和廣泛的應用空間，但其發展仍面臨一些挑戰。首先，器件性能的一致性和大面積制備的可靠性需要進一步提升；其次，在復雜結構和高精度套刻上，現有的印刷策略仍有很多技術亟待改進。未來的研究方向可聚焦于高性能有機半導體和絕緣材料的開發、油墨的普適性調控、更為簡便的印刷工藝等，這些改進有望為OECT的大面積制備提供更多的技術手段和產業化可能。期刊Advanced Electronic Materials重點發表物理：應用、材料科學：綜合、納米科技相關方向的文章。該期刊是一個跨學科論壇，在材料科學，物理學，電子和磁性材料工程領域進行同行評審，高質量，高影響力的研究。除了基礎研究外，它還包括電子和磁性材料、自旋電子學、電子學、器件物理學和工程學、微納機電系統和有機電子學的物理和物理性質的研究。期刊最新引文指標為0.9，最新影響因子為5.3（2023）。
