有機場效應晶體管(OFET)作為有機電子電路的基本構筑單元，已經(jīng)在柔性顯示驅動、電子皮膚以及電子標簽等領域展現(xiàn)了巨大的應用潛力。在這一研究過程中，如何引入新的設計理念，調控分子溶液的預聚集狀態(tài)以及分子薄膜的組裝行為，以獲得高遷移率、高穩(wěn)定的有機高分子材料和OFET器件一直是研究人員追求的目標。
在國家自然科學基金委、科技部和中國科學院的支持下，化學所有機固體實驗室郭云龍研究員和劉云圻院士與天津大學胡文平教授合作，基于優(yōu)異的分子結構設計，利用線棒涂膜方法，調控聚合物分子的取向組裝，制備了A4尺寸的取向組裝聚合物半導體薄膜。當載流子傳輸方向與聚合物主鏈方向一致時，基于該薄膜的場效應晶體管器件的空穴遷移率為5.5 cm2V–1s–1，電子遷移率為4.5 cm2V–1s–1，該器件的遷移率是旋涂法制備的晶體管性能的9倍（Adv. Mater. 2019, 31, 1805761）。
圖 分子取向加工過程、器件結構和遷移率隨溫度變化結果
最近，他們發(fā)現(xiàn)添加聚丙烯腈（PAN）不僅可以調控分子的預聚集狀態(tài)，還提高了聚合物溶液的可加工性。他們進一步結合棒涂法，制備了高度結晶和缺陷較少的聚合物分子薄膜。基于該薄膜的OFET器件，沿著晶疇取向方向的電子遷移率提升到5–6 cm2V–1s–1，相比于旋涂法制備的薄膜FET性能（遷移率0.1–0.2 cm2V–1s–1）有了很大提升。該器件在零下80攝氏度到200攝氏度表現(xiàn)出了出色的冷–熱穩(wěn)定性，極大拓展了OFET在不同環(huán)境條件下的應用，也打破了人們對電子傳輸型聚合物FET器件不穩(wěn)定的傳統(tǒng)認識。相關研究結果發(fā)表在近期的Chem 上（2021, 7, 1258-1270）。論文第一作者為姜瑩瑩博士，通訊作者為郭云龍研究員、胡文平教授和劉云圻院士。
來源：化學所
論文鏈接
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2451929421000450
