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  • 發布時間:2011-01-11 14:02 原文鏈接: 化學所在有機場效應晶體管研究方面取得系列進展

      有機場效應晶體管(OFET)由于在大面積、低成本和柔性化有機電子產品方面的潛在應用前景而備受學術界和工業界的關注,成為有機電子學中的研究前沿領域之一。目前,盡管OFET的性能已經初步滿足實用化要求,但仍然存在性能低、穩定性差和與有機電子學相配套的低成本溶液法加工技術亟待開發等問題,這些問題大大限制了OFET及相關有機電路的實際應用。

      在科技部、國家自然科學基金委和中國科學院的支持下,化學研究所有機固體院重點實驗室的研究人員一直致力于有機場效應晶體管的功能材料和器件方面的研究,取得了一些新進展,這些結果引起了國際學術界的關注,英國《化學會評論》和德國《先進材料》分別發表了他們的綜述。

      溶液法制備的OFET具有制備工藝簡單和低成本的獨特優勢,他們針對聚合物OFET的特點,開發了溶劑輔助退火的方法,在聚合物半導體層表面引入少量溶劑后二次退火,大大提高了聚合物半導體層的分子排列規整性,從而大幅提高了器件性能(圖1)。該方法還可以在半導體薄膜上直接引入各種功能層或保護層,實現頂柵OFET的制備或器件的有效封裝,為OFET的制備和封裝提供了新思路。研究表明,此方法適用于多種聚合物OFET,具有較好的普適性。有關結果發表在Adv. Mater., 2010, 22, 1273-1277上。

      頂柵結構器件是改善器件穩定性的途徑之一,研究人員開發了新的頂柵結構器件制備技術,主要包括自支撐(self-supporting)絕緣層的制備,以及自支撐絕緣層與半導體層之間自發的干法層合(圖2)。由于避免了任何可能的溶劑侵蝕以及對界面的破壞,采用這種方法得到的頂柵器件具備很好的場效應性能。有關工作已申請中國發明ZL,相關論文發表在Adv. Mater., 2010, 22, 3537-3541上。

      有機半導體的主體結構是具有p結構的共軛體系,目前分子結構與性能之間的關系尚在探索中,還沒有行之有效的設計原則。研究人員經過多年的摸索和不斷總結,對分子結構、凝聚態結構對器件性能影響及器件的優化有了一些認識,這些結果得到學術界同行的認可,英國皇家化學會Chemical Society Reviews發表了題為p-Conjugated molecules with fused rings for organic field-effect transistors: design, synthesis and applications 的評論文章,系統地介紹了該小組近幾年來在稠環p共軛分子的設計、合成和在有機場效應晶體管中的應用(圖3)。

      相對于p-型有機半導體而言,n-型有機半導體還存在遷移率低和穩定性差的缺點,研究人員結合他們自己的研究結果,總結了最近5年n-型半導體在性能和分子設計上的發展,分析了目前阻礙n-型場效應晶體管研究發展的因素,重點從晶體管的結構與組成,分子設計和薄膜生長條件等方面,提出了解決方法以期突破n-型場效應晶體管目前研究的瓶頸。論文以Progress Report的形式發表在Adv. Mater., 2010, 22, 1331-1345上。

      功能性有機場效應晶體管將擴展OFET應用領域,有機固體院重點實驗室研究人員在這方面做了深入的研究,制備了高性能的有機薄膜,單晶的光晶體管器件以及多比特存儲的有機場效應晶體管存儲器件(Appl. Phys. Lett., 2009, 94, 143303; Adv. Funct. Mater., 2010, 20, 1019-1024; Adv. Mater., 2009, 21, 1954-1959)。最近,他們應《先進材料》雜志邀請撰寫了綜述性論文Functional Organic Field-Effect Transistors,并以內封面(圖4)的形式發表(Adv. Mater. 2010, 22, 4427-4447)。

      

      圖1. 聚合物OFET溶劑輔助退火前后性能對照圖

       

      圖2. 由自支撐絕緣層制備頂柵結構的有機場效應晶體管示意圖

       

      圖3. 稠環p共軛分子的設計、合成和在有機場效應晶體管中的應用

      

      圖4. 《先進材料》內封面

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