Adv. Mater. : 共軛聚合物中的電荷傳輸

【引言】

有機場效應晶體管（OFET）是單極型晶體管中的一種，即只有一種載流子參與導電的晶體管器件，是電場控制半導體導電的有源器件，可以通過調節輸入電壓來控制輸出電流。近年來，以供體-受體（D-A）共聚物為代表的共軛聚合物以其無序固體中的顯著高效獲得了極大關注，有望取代眾多領域（如有源矩陣顯示）中應用廣泛的基于聚硅和金屬氧化物的技術。共軛聚合物的電荷傳輸可以僅限于很小的無序聚合區域，電學應用前景顯著，因此對其傳輸性能的精準評估對于進一步優化模塊設計至關重要，但現有通過傳統的場效應晶體管的方法并不適用。

【成果簡介】

韓國東國大學Yong Xu、Yong-Young Noh和國立中興大學林彥甫（共同通信作者）等人對共軛聚合物中的電荷傳輸問題進行了研究，并于Adv. Mater.發表了題為“Exploring the Charge Transport in Conjugated Polymers”的研究論文。該研究團隊以兩種代表性的D-A共聚物——DPPT-TT和IDT-BT為模型聚合物，通過對傳統的和平面的晶體管進行比較，探索了共軛聚合物中的電荷傳輸。之前報道的平面晶體管不含干擾性歐姆接觸和雙極性傳導，適用于運輸的探索。通過對肖特基勢壘的定量分析表明，傳統OFET中的空穴注入勢壘強烈依賴于外部偏壓，而平面器件由于p型摻雜得到大大改善。

【圖文簡介】

圖1 用于傳輸研究的傳統和平面聚合物晶體管的比較

(a,b) 傳統聚合物OFET的器件結構和能帶圖

(c,d) 平面聚合物OFET的器件結構和能帶圖

(e) DPPT-TT 和IDT-BT的分子結構

圖2? 傳統聚合物OFET的肖特基勢壘分析

(a)/(e) 兩種聚合物的傳統OFET輸出特性曲線

(b)/(f) 兩種聚合物熱電子發射模型的線性擬合

(c)/(g) 空穴有效的肖特基勢壘對漏極電壓(V_D)作圖

(d)/(h) 柵極電壓(V_G)鏡像力勢壘降低的線性擬合(V_D的影響可忽略不計)

?圖3 平面聚合物OFET的肖特基勢壘分析

(a)/(c) 不同溫度下兩種聚合物的平面OFET輸出特性曲線

(b)/(d) 空穴有效的肖特基勢壘對漏極電壓(V_D)作圖

圖4 傳統聚合物OFET的傳輸測試

(a)/(e) 兩種聚合物傳統OFET分別在線性條件(V_D = -1 V)和飽和條件下(V_D = -100 V)的傳輸特性曲線

(b)/(f) 線性/飽和條件下低場和場效應遷移性Arrhenius曲線

(c)/(g) 典型傳輸特性曲線

(d)/(f)? γ對1000/T的線性擬合

圖5 平面聚合物OFET的傳輸測試

(a,b)/(e,f) 兩種聚合物平面OFET分別在線性條件(V_D = -1 V)和飽和條件下(V_D = -100 V)的傳輸特性曲線

(c) 線性/飽和條件下低場和場效應遷移性Arrhenius曲線

(d) γ對1000/T的線性擬合

【小結】

該研究探索了新型共軛聚合物中的電荷傳輸，發現受到外在影響的傳統晶體管存在一定問題。相比之下，不存在外在影響的平面晶體管顯示出較高可靠性和穩定性。由于橫向場的能量障礙降低，只有在低場條件下的操作能夠揭示更多本征傳輸。實驗結果顯示幾個問題阻礙了有機器件的發展，如肖特基勢壘和非理想器件特征。除此之外，該文為迫切需要的電荷傳輸探索提供了準確框架，以期能夠進一步理解復雜的聚合物體系，進而開發新的半導體聚合物以用于柔性電子器件領域。

文獻鏈接：Exploring the Charge Transport in Conjugated Polymers. (Adv. Mater., 2017, DOI: 10.1002/adma.201702729)

本文由材料人編輯部肖杰編譯，丁菲菲審核，點我加入材料人編輯部。

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