利用有机场效应晶体管的界面效应大幅度提高器件光敏性能

柔性、可拉伸及可打印的有机场效应晶体管(OFETs)在可穿戴电子、生物医学、人工智能及传感等领域有着重要的应用。除了使用有机半导体,这些OFETs还往往采用多种多样的有机高分子材料作为介电层以保证器件整体的柔性、可拉伸性及可打印性能。然而,OFETs中有机半导体/介电层的界面电荷捕获效应对器件性能有着重要的影响,而不同的高分子介电层赋予OFETs复杂多样的界面效应,使得器件的最终性能具有很大的不可预测性。界面电荷效应通常被认为是对OFETs晶体管性能的一个不利影响因素。同时,有机半导体/介电层的界面被隐藏在OFETs的器件内部,使得对该界面效应的研究一直以来都是一个重大挑战。

同济大学黄佳教授研究团队巧妙地利用光照来刺激OFETs中有机半导体/介电层的界面效应,由此成功地开展了系统研究,发现并总结了有机半导体的侧链分子结构、高分子介电层的官能团极性等参数对上述界面效应的影响,进一步揭示了界面效应的深层机理。利用该机理,柔性光敏晶体管的性能可以被精确地调控与优化,例如,该工作中光敏晶体管的光暗电流比可以通过调控界面效应来改变1000倍以上。具有很强界面效应的OFETs在脉冲光刺激下表现出类似突触后电位的输出信号,因此可应用于人工神经元器件中的突触模拟器。因此,该工作展示了一种研究隐藏在OFETs内部的界面效应的有效方法,深入揭示了界面效应的过程机理,提供了优化柔性光敏晶体管性能的新策略,并由此制备了一种有机人工神经元器件。相关论文在线发表在Advanced Science(DOI: 10.1002/advs.201700442)杂志上,同济大学材料科学与工程学院助理教授吴小晗为该论文的第一作者。

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