器件性能的稳定性对基于有机场效应晶体管（OFET）的集成电路的正常工作而言是至关重要的。但OFET在制备过程中极易出现工艺偏差，且器件的性能在长时间的工作和环境作用下容易发生漂移和退化。为了解决上述挑战，电路设计人员通常会采用提供设计冗余和引入主动调节能力等方法，已取得了较好的效果。然而，对于一类重要的逻辑运算电路，即异或电路，对它的设计优化还鲜有报道，不仅晶体管数量消耗较大，且针对OFET性能漂移的补偿问题的研究也较为缺乏。
为解决上述问题，复旦大学分子材料与器件实验室刘云圻院士、赵岩青年研究员团队提出了一种基于单极性OFET的异或逻辑电路设计，并针对OFET的器件稳定性问题开发了电路的主动调节能力。在电路制备前，首先进行了电路仿真，与传统通的异或门设计相比，该电路大幅减少了晶体管数量。经过实验测量，制备的电路输出波形与仿真结果高度一致。通过电路仿真，还量化了补偿阈值压漂移的范围，这在基于OFET的电路设计中尚属首次。通过主动调节，电路可在高达1.5 V的阈值电压漂移范围内，仍能保持逻辑正确。阈值补偿能力通过长时间存放得到了实验验证。电路可在超低电压下工作，实现极低的能量消耗。利用该电路，演示了信号的加密与解密功能。在整个加密解密运算执行期间，电路可稳定工作，并实现了98.5%的正确率。
上述成果于2022年6月26日，以“An OFET-Based Involutive Logic Circuit with Wide-Range Threshold Shift Compensability”为题在线发表于《先进电子材料》上。2019级博士生闫永坤为本文第一作者，通讯作者为刘云圻院士和赵岩青年研究员。上述研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、上海市自然科学基金的资助。
文章链接：https://doi.org/10.1002/aelm.202200442
图1 基于OFET的异或运算电路的结构和基本电路特性。
图2 信号加密与解密的演示。