第一作者：Jiajie Guo，Shinya E. Chen

通訊作者：David S. Ginger

通訊單位：華盛頓大學

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本研究聚焦于有機電化學晶體管（OECTs）在神經形態計算、生物電子學和實時傳感應用中的開關時間因素。現有的設備操作模型無法解釋實驗觀察到的現象：在積累模式的有機電化學晶體管中，關閉時間通常比打開時間快得多。

通過運用原位光學顯微鏡技術，研究團隊成像了晶體管通道的局部摻雜水平，並展示了打開過程分爲兩個階段——摻雜前沿的傳播和均勻摻雜——而關閉過程僅發生一個階段。研究歸因于關閉時間更快，這是工程因素以及物理和化學因素的結合，包括通道幾何形狀、摻雜和去摻雜動力學的差異以及載流子密度依賴的遷移率現象。

研究顯示，離子傳輸限制了我們設備的操作速度。本研究爲有機電化學晶體管的動力學提供了洞見，並爲設計更快的有機電化學晶體管提供了指導。

圖文導讀：

圖 1: OECT響應時間。

圖 2: OECT與紫外-可見光譜電化學比較。

圖 3: 原位光學顯微鏡結合OECT開關。

圖 4: OECT遷移率和載流子密度。

圖 5: OECT響應時間與操作變量的依賴性。

總結展望：

本研究通過原位光學顯微鏡技術結合OECT特性分析，揭示了積累模式OECTs開關行爲的不對稱性。研究發現，OECT的打開過程包括兩個時間和空間上不同的階段：摻雜前沿的傳播和垂直摻雜。相比之下，關閉過程僅通過一個步驟發生，最快的去摻雜發生在靠近源極的位置，但整個通道的去摻雜動力學變化較弱。

研究識別了影響設備更快關閉的幾個因素，包括通道幾何形狀、摻雜和去摻雜動力學的差異以及載流子密度依賴的遷移率現象。研究進一步展示了一個經驗模型，捕捉了積累模式OECTs的開關行爲，並提供了對響應時間常數的物理解釋。

此外，研究表明，離子傳輸似乎是限制設備動力學的因素，我們從材料和設備的角度提供了工程更快積累模式OECTs的指導。作者預計這些結果將有助于爲特定應用選擇反離子化學和晶體管幾何形狀，並幫助改進未來的基于物理的漂移-擴散模型。

文獻信息：

標題：Understanding asymmetric switching times in accumulation mode organic electrochemical transistors

期刊：Nature Materials