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場效應晶體管（Field-effect transistor, FET）是電子產品中用作控制電流的電子元件，用於集成電路、計算機的中央處理器、顯示器驅動組件等，是不少現代電子產品的核心組件。而有機場效應晶體管（Organic field-effect transistor, OFET）採用有機物料作為半導體給電流通道，與採用硅（Silicon）等物料的無機半導體相比，具備柔性的特質優勢。

OFET具備高靈敏度、機械柔性、生物相容性，以及物質性質可調性等優點，製造成本也低，大大提升其應用於新產品的潛力，例如可穿戴的電子設備、配合人體線條設計的健康監測儀，以及可捲曲的屏幕等。試想像一下：日後的電視屏幕可以捲起來收藏，鋪開來播放影像；可穿戴的智能電子產品應用更廣泛多元化；衣物穿在身上可實時收集各種生命徵象數據，即時作出反饋，把不尋常情況通知使用者和醫療人員。在精準醫療應用上，利用無害有機材料製成的微型機器人可在人體內工作，協助診斷疾病、傳送標靶藥物、進行微創手術及其他醫療用途等。

然而，到目前為止，要縮小OFET的體積難度甚高，成爲提升有關電子產品的性能表現上的主要障礙，限制了其更廣泛商業化應用的前景。現時市場上有些使用OFET的電子設備，無論在柔性或耐用方面都不理想，技術上仍處於早期階段。

由香港大學機械工程系副教授陳國樑博士帶領的工程團隊，近日成功研發嶄新的單層有機半導體晶體管（staggered structure monolayer OFETs），為未來縮小OFET體積的技術發展，奠定新基石。

這項重要的科研成果，已於在學術期刊《先進材料》（Advanced Materials）發表，團隊已就成果申請美國專利。

現時科學家面臨的主要難題，是一旦縮小OFET的單位面積，其性能表現便相應大幅下降，部分原因是由於接觸電阻的問題，接觸電阻是指接觸面間產生的電流流動阻力。當OFET的體積越小，接觸電阻便成為降低其性能的主導因素，影響電器產品的表現。

陳博士團隊成功研發的交錯結構單層OFET，能達至創紀錄的40Ω-cm低接觸電阻，與現時一般接觸電阻達1000 Ω-cm的傳統OFET相比，在相同的電流水平運行時，新OFET可減低接觸面的耗散功率達96％。更為重要的是，除節省能源外，新OFET大幅降低了系統所產生的廢熱，能解決目前藉縮小半導體以提升電子設備性能而不增加其體積，系統過熱這牽制半導體發展的關鍵老問題。

陳博士說：「以這研究為基礎，我們日後有望把OFET的體積縮小至亞微米水平，拉近與無機FET的距離，而同時能發揮其有機特性的優勢，這也是未來將相關研發成果商品化的關鍵所在。」

「如果高柔性的OFET最後取得成功，很多傳統剛性電子設備，例如顯示器、電腦和手機，日後將出現革命性的發展，它們可以輕易改變形狀，捲曲折疊等，重量更輕，生產成本也低。」

「此外，OFET有機特質具備的生物相容性，有利先進醫療設備的研究發展，應用於人體内，用於追蹤大腦或神經元活動的感應器，以及作精準診斷如癲癇病等大腦相關疾病的前沿範疇。」陳博士補充說。

陳博士的團隊目前正與港大醫學院的研究人員及香港城市大學的生物工程學者合作，將微型OFET整合至具柔性的電路中，並連接至聚合物微探針，再植入老鼠的腦部，以檢測其在各種外界刺激下的神經元活動。他們亦計劃將OFET與手術工具（例如導管）結合，再植入動物的腦部，直接感測其腦部活動，從而找出活動異常的準確位置。

「我們研發的OFET在神經元活動的信號偵測上有很好的訊噪比（訊號雜訊比），有機會捕捉到一些以往利用傳統電極偵測不到的微弱信號，帶來突破發展。」陳博士解釋說。

陳博士總結：「我們的最終目標是將應用研究與基礎科學結合起來，期望研究成果能廣泛拓展OFET的研究與應用範圍。我們相信，按目前OFET技術的發展步伐，在大型顯示底板和手術工具等方面的應用上，已作好準備。」

請按此瀏覽陳國樑博士團隊在學術期刊《先進材料》發表《用於歐姆接觸電阻，高本質增益和高電流密度的結晶單層半導體》論文摘要。

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