有機電化學(xué)晶體管（OECT）具有將低電化學(xué)電位的化學(xué)信號轉(zhuǎn)換為電子信號的能力，從而有利于低電位電子器件的發(fā)展，在生物電子器件，印刷邏輯電路和記憶/神經(jīng)器件中具有巨大的應(yīng)用前景，引起了有機電子領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。
迄今為止，p-型高分子半導(dǎo)體作為OECT的溝道材料已經(jīng)取得了高μC*值（μ：電荷遷移率；C*：體積電容），最高值可達500 F cm-1 V-1 s-1以上，但僅有少數(shù)n-型高分子溝道材料的μC*實現(xiàn)了＞1 F cm-1 V-1 s-1的值，從而嚴重制約了OECT的發(fā)展。該現(xiàn)狀主要是因為具有高電子遷移率和強離子摻雜能力的n-型高分子半導(dǎo)體的稀缺。然而，n-型溝道材料對低能耗OECT互補電路的發(fā)展至關(guān)重要，因此，開發(fā)具有高遷移率和強離子摻雜能力的新型n-型高分子半導(dǎo)體勢在必行。
近日，南方科技大學(xué)郭旭崗教授課題組聯(lián)合瑞典林雪平大學(xué)Simone Fabiano教授和韓國高麗大學(xué)Han Young Woo教授課題組，以并噻吩酰亞胺二聚體為基本構(gòu)筑基元，通過共聚單元優(yōu)化制備出了兩個高性能的n-型OECT高分子半導(dǎo)體f-BTI2TEG-T和f-BTI2TEG-FT，并對這兩個高分子材料的電化學(xué)摻雜過程和OECT器件性能進行了研究。
紫外-可見吸收光譜表明，兩個材料均具有良好的聚集能力；循環(huán)伏安法測試結(jié)果表明，氟原子的引入可以有效地降低材料的LUMO和HOMO能級。紫外-可見吸收和電化學(xué)光譜聯(lián)用測試結(jié)果表明，與f-BTI2TEG-T相比，隨著負偏壓的增大（0~-0.8 V），含氟的n-型高分子f-BTI2TEG-FT的分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移峰（ICT）發(fā)生了更明顯的減弱，并在長波區(qū)域出現(xiàn)了更強的極化子吸收峰，這表明該半導(dǎo)體材料具有更強的電化學(xué)摻雜能力。
隨后他們將這兩個材料用于OECT器件中，測試結(jié)果表明，兩個高分子半導(dǎo)體均表現(xiàn)出優(yōu)異的n-型OECT性能?；趂-BTI2TEG-T和f-BTI2TEG-FT器件的最大μC*值分別為2.3 F cm-1 V-1 s-1和15.2 F cm-1 V-1 s-1。其中f-BTI2TEG-FT器件取得的μC*值為目前n-型OECT高分子半導(dǎo)體材料中報道的最高值。
論文信息：
Fused Bithiophene Imide Dimer-Based n-Type Polymers for High-Performance Organic Electrochemical Transistors
Kui Feng, Wentao Shan, Suxiang Ma, Ziang Wu, Jianhua Chen, Han Guo, Bin Liu, Junwei Wang, Bangbang, Li, Han Young Woo, Simone Fabiano, Wei Huang, and Xugang Guo
Angewandte Chemie International Edition
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202109281
