西安交大科研人员在有机场效应晶体管领域取得重要进展

可溶液加工的聚合物半导体因其优良的薄膜成型能力和质量轻等优势在柔性电子、可穿戴器件、智能器件等领域受到广泛关注。虽然目前有机场效应晶体管（OFETs）在迁移率和开/关比方面的性能与商用硅晶体管相当，但环境稳定性仍然限制了它们的商业应用。溶液加工的聚合物半导体薄膜是多晶的，形态上是多分散的，这意味着薄膜中不同部分的局域电子性能和性能衰减速率会有很大的差异。尤其是在这类薄膜中常常会发生垂直相分离的现象，这就导致聚集/结晶度沿薄膜深度方向变化，因此电子性能也沿薄膜深度方向变化。

近日，西安交通大学化学学院卜腊菊教授课题组使用组内近年来发展的断层光谱分析技术研究了聚合物半导体薄膜在深度方向上的结晶度变化，并利用软等离子体刻蚀技术提高了OFETs的稳定性。对常用的聚合物半导体材料的研究表明，其薄膜表面的结晶度高于表面以下部分。然而，对于p型聚合物半导体，较高的结晶度通常会导致较低的电离能，使得薄膜暴露于空气时产生较高的氧气掺杂浓度，从而产生了较高的背景电流，降低了OFETs的关闭能力。采用软等离子体辅助的表面刻蚀的方法，有选择性地除去暴露在空气中的薄膜表面（结晶度高），而留下来的表面以下部分的结构和电子功能都没有任何损坏，所制备的OFETs在空气中的寿命有效地增加了50%以上。这项工作为通过调控薄膜深度方向上的电荷分布来提高OFETs的环境稳定性提供了借鉴。

该研究成果以“Surface Etching of Polymeric Semiconductor Films Improves Environmental Stability of Transistors”为题发表在《材料化学》（Chemistry of Materials）上。西安交通大学化学学院硕士生翟晨阳为本文第一作者。西安交通大学化学学院卜腊菊教授、西安交通大学前沿科学技术研究院鲁广昊教授和中山大学张鹏副教授为共同通讯作者。西安交通大学化学学院为第一通讯单位。该工作得到了国家自然科学基金的支持。

论文连接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemmater.1c00628

卜腊菊教授主页：http://gr.xjtu.edu.cn/en/web/laju2014

鲁广昊教授主页：http://gr.xjtu.edu.cn/en/web/guanghaolu

张鹏副教授主页：https://www.researchgate.net/profile/Peng_Zhang89