Adv. Mater.：用于高性能共面場效應晶體管的印刷半導體-絕緣體聚合物雙層

【引言】

有機電子正在逐步應用于下一代柔性電子產品中，并被廣泛用于商業顯示器。共面晶體管，其有源半導體層位于源極/漏極同一平面內，是下一代電子器件有吸引力的競爭者，因為它們可用于降低材料消耗，盡量減少泄漏電流，避免串擾不同的器件，并簡化電路的制造過程。

【成果簡介】

近日，西安交通大學魯廣昊教授（通訊作者）團隊開發了使用模型半導體/絕緣體[聚（3-己基噻吩）（P3HT）/聚苯乙烯（PS）]共混物來實現共面晶體管的一步滴落式印刷方法。通過在金屬電極和SiO₂電介質上操縱控制去濕動力學，選擇性地限制溝道區域內的溶液，從而使得源極/漏極電極的頂部表面完全不含聚合物。隨后，在溶劑蒸發期間，P3HT和PS之間的垂直相分離形成了半導體-絕緣體雙層結構，有助于提高晶體管性能。而且，這種具有半導體-絕緣體雙層結構的共面晶體管是通過柵應力將電荷注入到絕緣體中的理想系統，并且由此形成的PS駐極體層充當“不均勻浮柵”來調節閾值電壓和有效遷移率。相關成果以題為“Printing Semiconductor–Insulator Polymer Bilayers for High-Performance Coplanar Field-Effect Transistors”發表在了Advanced Materials上。

【圖文導讀】

圖1 OFET的三種配置方案

a）OFET的三種配置方案：頂接觸底柵，底接觸底柵和共面OFET

b）OFET制備方案和同時去濕以及垂直相分離

圖2 溶膠印刷P3HT/PS雙層膜在Au/SiO₂周期性模式下的形貌及其對OFET遷移率的影響

a-c）分別由a）3 mg mL^-1，b）6 mg mL^-1和c）20mg mL^-1的溶液濃度制備的P3HT/PS95K（5％P3HT）混合物的光學顯微鏡圖像

d）飽和流動性對聚合物溶液濃度的影響

圖3 去濕引起的面內相分離對OFET特性的影響

a-d）由a，b）6 mg mL^-1和c，d）20 mg mL^-1的溶液濃度制備的P3HT/PS95K（5％P3HT）膜的輸出和轉移（V_ds = -100V）曲線

圖4 器件特性

a）由兩個共面晶體管組成的P3HT/PS數字反相器的傳輸特性，閾值電壓偏移≈5V

b）從（a）得到的逆變器的增值

c，d）使用在V_ds≠0V的柵應力控制共面晶體管的器件操作

【小結】

該工作開發了一步式印刷方法，實現了采用P3HT/PS共混物的半導體共面晶體管。在金屬電極和介質層上控制溶液去濕動力學可能會限制通道區域內的溶液。P3HT/PS與P3HT低于5％的膠膜幾乎是透明的，無色的，可用于透明電子應用。

文獻鏈接：Printing Semiconductor–Insulator Polymer Bilayers for High-Performance Coplanar Field-Effect Transistors（Adv. Mater.,2017,DOI:10.1002/adma.201704695）

本文由材料人生物材料組Allen供稿，材料牛整理編輯。

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