新型塑料半导体为有机电子学开辟了新道路

        利用导电塑料,有望生产更便宜、更轻薄、更灵活的电子产品。该技术已经应用于部分小家电上——索尼今夏初推出的新款随身听,以及微软上周发布的Zune高清音乐播放器,均采用了有机发光电子显示屏。

        但目前有机材料构建的电路仅允许一种电荷通过。华盛顿大学的最新研究成果使得电荷能够双向流动。Advanced Materials下期的封面文章将介绍能够双向输送正负电荷的有机电子产品。

         第一作者Samson Jenekhe是华盛顿大学的化学工程学教授,他说,“过去20年中有机半导体的发展存在一个重大缺陷,即电子很难在其中通过”,“现在,拥有能够同时传输正负电荷的聚合半导体后,将大大拓宽了应用范围,也必将改变我们的工作方式。”

       合著者包括来自肯塔基大学与Jenekhe共事的博士生Felix Kim、研究生郭旭刚和助理教授Mark Watson。该研究由美国国家科学基金会、能源部和福特基金会共同资助。

        硅谷之所以得名是因为:硅是当今电子工业的“动力”,Jenekhe说。硅的价格相当昂贵,而且加工费用也非常高,但其刚性结晶形式不适于柔性装置。

         大约30年前,人们就发现某些塑料或聚合物能够导电。从那时起,研究人员就一直致力于提高其导电性能。目前,有机或碳基电子元件已广泛应用于笔记本电脑、汽车音响系统和MP3播放器等。

         现有有机半导体的主要缺点是,大多数有机半导体都仅能传输正电荷(即所谓“空穴”,这主要是因为正电荷经过的区域恰好是缺失电子的区域)。在过去十年间,已经研制出了许多仅能传输电子的有机材料。但如果要形成有效的有机电路,就必须将两层复杂的材料进行重叠,其中一层传输电子,另一层传输“空穴”。

         “由于有机半导体的这种局限性,目前在应用有机半导体时就必须弥补上述缺陷,因而需要解决各种复杂的流程和难题,”Jenekhe说。

         十多年来,在开发能够传输电子的有机半导体方面,Jenekhe的实验室一直处于领先地位。在过去几年中,该团队研制出了一种包括供体和受体的聚合物,并对两部分的强度进行了精细调整。通过与沃森实验室的合作,他们现在已经开发出了一种能够同时传输正负电荷的有机分子。

         “我们在这篇论文中要说明的是,您不必使用两种独立的有机半导体,”Jenekhe说,“您可以只使用一种材料来制造电子线路。”

        该材料将使有机晶体管和其他信息处理设备的生产制造变得更加简单,在某种程度上,更类似于目前无机电路的制造方式。

         该团队采用这种新材料并按照硅模型的设计方式制造出了晶体管,结果显示电子和空穴均能够迅速通过该设备 。

         该研究结果代表了单组分有机聚合物半导体至今最好的性能,Jenekhe说。在UW设备中,电子的移动速度比在其他任何该类聚合物晶体管中快5-8倍。由两个或更多集成设备组成的电路所产生的电压增益比在之前的聚合物电路中高2-5倍。

         “我们希望人们采用该方法,”Jenekhe说,“我们已经指明了一条应用之路。”

S. A. Jenekhe et al., Adv. Mater. ; DOI: 10.1002/adma.200901819