中科院化学所张卫锋副研究员、于贵研究员在高迁移率双极性聚合物场效应晶体管方面取得新进展
聚合物场效应晶体管（PFET）在低成本印刷制备晶体管器件及电路等方面具有巨大的应用前景，因而受到了学术界和企业界的广泛关注，相关研究近年来已经成为有机电子学研究领域的热点之一。然而，到目前为止，绝大多数的高性能聚合物场效应晶体管器件都是构筑在二氧化硅或者玻璃等刚性基底上，在柔性基底上的高性能聚合物场效应晶体管器件则鲜有报道。
在国家自然科学基金委、科技部和中国科学院的大力支持下，中国科学院化学所有机固体院重点实验室的科研人员在新型聚合物半导体材料的设计、合成及其场效应器件构筑方面开展了系统研究工作，通过在聚合物主链上引入氢键或者其它非共价键弱相互作用力促进共轭骨架平面性和刚性以及能级调控等分子设计策略发展了一系列具有较高载流子迁移率的聚合物半导体材料及场效应晶体管器件（Chem. Mater., 2016, 28, 2209; Macromolecules, 2016, 49, 2582; Macromolecules, 2016, 49, 6401; Macromolecules, 2017, 50, 6098; Macromolecules, 2018, 51, 966）。
在上述研究工作的基础上，他们通过调节供（D）、受体（A）单元结构获得了一类具有较低玻璃态转化温度的新型D-A型聚合物半导体材料（图1）。其中聚合物PNBDOPV-DTBT的玻璃态转化温度（140 °C）明显低于常用柔性基底聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET)的形变温度（150 °C），这就为构筑高性能柔性场效应晶体管器件奠定了良好的基础。他们以该聚合物为活性层，以PET为基底制备了的相应的场效应晶体管器件。该类器件表现出优异、平衡的双极性载流子传输性能和空气稳定性，其空穴、电子迁移率最高分别为4.68/4.72 cm2V−1s−1。研究人员用硫醇对源、漏电极进行修饰后，器件的载流子传输性能得到进一步提高，其空穴、电子迁移率最高分别为5.97/7.07 cm2V−1s−1。在空气中放置30天后，其空穴、电子迁移率依然高达5.21/5.91 cm2 V−1s−1。在此基础上，研究人员制备了该聚合物的柔性、双极性倒向器。基于该单一聚合物活性层构造的双极性倒向器在空气中表现出优优越的导向功能，获得高的增益值达148。
图1 高迁移率双极性聚合物半导体材料及场效应晶体管器件
上述载流子迁移率和增益值皆为目前所报道的柔性双极性聚合物场效应晶体管器件和双极性倒向器的最高值之一。相关研究结果发表于Adv. Mater. (2018, 30, 1705286)上，并被选为内封面。
论文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201705286
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