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聚集态科学研究院李立强教授课题组：有机晶体管新进展—实现五年长寿命

发布时间： 2022-04-04

本站讯（分子聚集态科学研究院供稿）有机场效应晶体管（OFET）作为最重要的有机电子元器件之一，在柔性显示、电子皮肤、可穿戴设备、智慧医疗、射频标签、柔性存储等领域具有广阔的应用前景。经过三十多年的发展，有机场效应晶体管的电学性能（迁移率等参数）与相关加工工艺等方面已取得巨大进步，但该领域仍未实现实用化，稳定性是制约实用化的关键瓶颈问题，也是该领域被质疑是否有应用前景的关键问题。

影响器件稳定性的关键因素是有机半导体材料的化学和物理稳定性。传统观点认为有机晶体管稳定性差主要源自有机半导体化学结构不稳定。目前，通过分子设计和封装等策略，有机半导体的化学稳定性问题已经得到有效解决。但在长期保存过程中，基于化学结构稳定的有机半导体构筑的晶体管仍会发生性能衰减，说明除化学因素外，还有其他因素导致器件失稳。大量研究表明有机半导体薄膜的物理聚集态结构（晶相和形貌）演变是器件失稳的关键原因之一，但其内在机制长期未被揭示，因而未开发出有效的增稳策略以构建长寿命晶体管器件。传统观点认为有机半导体分子间作用力弱，因而其聚集态结构易失稳，这是有机半导体的本征属性，难以解决。

近年来，天津大学分子聚集态科学研究院李立强教授团队聚焦于有机半导体材料与器件的失稳机制与增稳策略，在前期工作中，通过和频振动光谱技术，揭示了分子构象诱导的界面应力是有机半导体分子聚集态结构演变与器件失稳的关键内在驱动力之一（Sci. Adv.2021,7, eabf8555）。在界面应力的研究基础上，通过文献调研发现，薄膜内还存在热膨胀系数差异、结构缺陷（如位错、空位、晶界）等因素导致的应力。在这些应力的共同作用下，材料的聚集态结构处于不稳定的应变态（Strain state）。

欲实现稳定的分子聚集态结构，需开发恰当策略解决应力驱动的失稳问题。根据经典的材料力学理论，应力分为张应力与压应力，在材料内分别引起张应变和压应变，若通过调控使薄膜内张、压应力（应变）相互抵消，此时薄膜整体表现为应力应变平衡状态（即无应变状态），薄膜体系的总吉布斯自由能趋近最低点，其聚集态结构具有优异的稳定性。迄今为止，在有机晶体管领域内，通过应力应变平衡策略实现稳定的有机半导体聚集态结构的研究未见报道。

转载自天津大学新闻网