有机场效应晶体管（organic field-effect transistor,OFET）可通过低温溶液法/印刷工艺加工,具有良好的机械柔性,适合耐热性差的塑料衬底,能够构建真柔性电子。进一步的,OFET易于功能化,可用于传感检测应用。因此,OFET可与硅基FET（Si-FET）形成良好的互补,两者的混合集成提供了一个理想的技术平台用于构建大面积/柔性/泛在化的传感电子系统。在该有机/硅的混合电子系统中,OFET器件作为便于定制的换能器,可将待检测生物、化学和物理传感信号转换为电学信号,同时亦能够对信号进行初步的放大。然后再将该电学信号传输给后端的高性能Si-FET芯片,进行更复杂的处理、存储以及传输。为构建这样的混合传感系统,OFET器件需要在与Si-FET芯片同样低的工作电压下实现高灵敏度的传感信号转换。因此,发展高跨导效率低电压OFET器件具备重要意义。然而,对于溶液法/印刷工艺制备的OFET器件,由于材料与工艺的限制,所形成的有机半导体沟道层通常存在较高的沟道层带隙态密度,而且栅绝缘层难以减薄,从而导致了较高的工作电压。并且,传统的基于单栅OFET器件传感系统的电势检测灵敏度受制于敏感膜的性能,通过设计新型OFET器件结构才有望提高电势检测灵敏度,而传感系统的电流转换灵敏度由OFET器件的亚阈值摆幅和跨导效率决定。针对以上问题,本论文结合器件设计与工艺优化,在实现高跨导效率的低电压OFET器件以及相应传感系统方面取得了以下进展:1)研究了低沟道层带隙态密度及高k/低k栅绝缘层这两种减小OFET器件亚阈值摆幅的方法,通过器件结构设计和工艺优化将二者集成到同一个OFET器件中,实现了接近理论极限值的亚阈值摆幅和跨导效率。采用溶液法/印刷工艺制备的OFET器件能够实现约64 mV·dec-1的亚阈值摆幅(理论极限59.6 mV·dec-1)及约36 V-1的跨导效率(理论极限38.6 V-1)。该OFET器件在0.8 V的栅极电压范围内可取得大于10~5的电流开关比,表现出优异的工作和存储稳定性。同样器件结构的OFET器件也在柔性衬底上进行了验证。2)建立了双栅OFET器件跨导效率的理论分析模型,揭示了跨导效率与亚阈值摆幅以及双栅OFET器件顶栅/底栅绝缘层电容比之间的关系,提出非对称结构的双栅OFET器件设计,实现了跨导效率超过单栅OFET器件理论极限值的双栅OFET器件。通过将实现低电压OFET的两种方法,包括降低沟道层带隙态密度和采用高k/低k栅绝缘层,分别应用于双栅OFET器件的底栅和顶栅结构中,以溶液法/印刷工艺加工实现的双栅OFET器件在低电压工作的同时能够获得较高的顶栅/底栅绝缘层电容耦合比（>29）。得益于该非对称结构,该双栅OFET器件能够实现约161.5 V-1的跨导效率,突破了单栅OFET器件跨导效率的理论极限值。3)通过增加双栅OFET器件的顶栅/底栅电容耦合比提高了基于OFET器件传感系统的电势检测灵敏度,以及通过降低单栅和双栅OFET器件的亚阈值摆幅提高跨导效率提高了基于OFET器件传感系统的电流转换灵敏度。基于单栅OFET器件的传感系统实现了接近能斯特响应理论极限值(59 mV·pH-1)的电势检测灵敏度(55mV·pH-1),并且得益于陡峭的亚阈值摆幅和高跨导效率,其也实现了较高的电流转换灵敏度(122%pH-1)。而基于双栅OFET器件搭建的传感系统由于非对称结构带来的高顶栅/底栅绝缘层电容耦合比（>29）,可以将电势检测灵敏度继续放大(583 mV·pH-1),突破了基于单栅OFET器件传感系统的能斯特响应理论极限值,并且由于双栅OFET器件的低亚阈值摆幅和高跨导效率,能实现更高的电流转换灵敏度(1160%pH-1)。更高的电流转换灵敏度也使得该系统具备较高的检测精度（0.1 pH）,同时,该系统也表现出了很好的稳定性(0.02 pA·min-1)。本论文的工作为溶液法/印刷工艺制备高跨导效率的低电压OFET器件,实现低功耗高灵敏度硅/有机混合集成传感系统,提供了器件设计和工艺的关键基础。