综述：多孔半导体晶体管及其应用

这篇综述系统阐述了多孔半导体晶体管的最新研究进展，重点探讨了纳米孔（MOFs/COFs）、微孔和纳米网状结构在提升器件性能（如载流子迁移率μFE 、开关比Ion /Ioff ）中的关键作用，并分析了其在柔性电子（OECTs）、生物传感（LOD达10?10 M）和神经形态计算（EPSC增强14%）等领域的应用潜力。

　　

多孔半导体晶体管：结构-性能-应用的革命性关联

1. 引言

晶体管作为现代电子器件的核心，其性能高度依赖于半导体材料的选择。传统无机半导体（如a-Si:H、LTPS）虽具有高迁移率，但机械柔性差；而有机半导体（OSCs）虽可溶液加工，却面临灵敏度不足的挑战。多孔半导体的出现打破了这一僵局——通过纳米级孔道设计，不仅实现了电荷传输路径的优化（如Ni₃
(HITP)₂
-MOF迁移率达48.6 cm²
V^?1
s^?1
），还赋予材料超高比表面积和选择性吸附能力，为下一代电子器件提供了全新平台。

2. 纳米孔半导体晶体管

2.1 MOFs/COFs基晶体管
MOFs（如UiO-66-NH₂
）通过溶剂热法构建的晶态孔道，可实现葡萄糖检测灵敏度26.05 μA cm mM^?1
。而COFs（如TPB?TFB COF）凭借全共轭结构，创下165 cm²
V^?1
s^?1
的迁移率记录。这类材料的突破性应用在于生物传感——例如Ni₃
(HITP)₂
晶体管通过孔隙捕获TNF-α，检测限低至8.7 pM，远超石墨烯传感器。

2.2 无机纳米孔半导体
SnO₂
多孔垂直晶体管通过3D沟道设计，将饱和电流提升数个数量级。MoS₂
纳米孔光电晶体管更展现出5.2×10⁴
A W^?1
的超高光响应度，其周期性纳米通道结构为光生载流子提供了快速传输路径。

2.3 有机纳米孔半导体
采用呼吸图案法制备的P₃
HT多孔薄膜，使NH₃
传感器响应速度达毫秒级。而DPP-TT纳米孔晶体管通过扩大气固接触面积，实现了1 ppb级超灵敏检测，印证了"孔道即扩散高速公路"的设计理念。

3. 微孔半导体晶体管

微孔结构（孔径>50 nm）在有机电化学晶体管（OECTs）中展现出独特优势：DPPDTT微孔薄膜的跨导g_m
达364 S cm^?1
，源于孔隙促进的离子渗透效应。更引人注目的是，SEBS/P₃
HT多层微孔结构在30%应变下仍保持稳定电导，为可穿戴ECG监测提供了理想材料体系。

4. 纳米网状活性层晶体管

4.1 碳纳米管网络
定向排列的sSWCNT网络不仅实现19 cm²
V^?1
s^?1
的空穴迁移率，更通过突触晶体管成功模拟了巴甫洛夫条件反射实验，其关键在于纳米管间滑动机制维持的孔隙连通性。

4.2 金属氧化物纳米网
电纺In₂
O₃
纳米纤维构成的神经形态晶体管，仅消耗15 pJ/突触状态即可实现92%的手写数字识别准确率。Ga掺杂的IGZO纳米纤维更展现出4300 a·W^?1
的光响应度，为仿视网膜器件奠定基础。

4.3 有机半导体纳米网
PEDOT:PSS/PAAm纳米纤维织物晶体管具备0.88 mS跨导和25.89 dB信噪比，可实时监测心电信号；而DPP-g2T纳米网在150%应变下仍保持1.57 cm²
V^?1
s^?1
迁移率，创下柔性半导体新纪录。

5. 结论与展望

多孔半导体晶体管正从三个维度重塑电子学：纳米孔结构通过量子限域效应提升传感灵敏度（如MOF葡萄糖传感器），微孔设计通过毛细作用优化离子交换（如OECTs），而纳米网状架构则通过机械适应性拓展应用场景（如可拉伸突触器件）。未来突破点在于开发MOF-OSC杂化系统，兼顾分子识别与柔性特性，推动生物电子学向植入式、智能化方向发展。