顶部“钉住”可控去浸润法可大面积制备基于聚合物微米线阵列构建场效应晶体管

近来,一维半导体聚合物的微、纳米结构由于其独特的性质,机械灵活性及可方便处理等特点,吸引了人们的广泛关注,在有机光电器件,如场效应晶体管,太阳能电池等方面都有潜在应用。为了实现其在光电器件等方面的应用,减少相邻器件间的串联,对其进行精确的图案化排列是非常有必要的。常用的图案化和排列方法有光刻法、打印法、直写法等等。但由于聚合物有分子链长、分子量大等特点,在这些方法中可控去浸润过程的缺失容易导致聚合物分子链无序堆积等问题,影响载流子的有效传导,进而影响器件的性能。

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中国科学院理化技术研究所江雷课题组基于此对精确的图案化排列方法进行了深入研究,提出一种顶部“钉住”可控去浸润的方法,可用于给体-受体聚合物分子,聚4-(4,4-双十六烷-4H-环戊二烯并[1,2-b:5,4-b’] -2 -二噻吩-单)-[1,2,5] [3,4-c]吡啶] (PCDTPT)的可控排列。这种方法使用条带状的硅柱阵列模板,利用可控去浸润原理,对聚合物分子进行调控。可以制备大面积的微米线阵列(300 × 300 μm2),相关原理通过耗散粒子动力学进行了模拟,模拟结果与预期假设一致。基于聚合物微米线阵列构建场效应晶体管,与薄膜器件相比,其性能有较大提高,最高迁移率可以达到29.0 cm2 V-1 s-1,开关比为1.23×105。与传统方法相比,该方法不需要进行退火处理,操作简便。且制得的器件在进行了20次循环测试,其性能保持稳定。对溶液浓度及硅柱参数等进行调节,可以对器件性能进行调控。

该工作中利用可控去浸润原理实现了聚合物微米线的可控、精确制备。该方法不仅可用于有机场效应晶体管的制备,还可拓展于其他有机小分子材料,实现一维半导体聚合物微、纳米结构在光电器件中的潜在应用。相关论文发表在Advanced Electronic Materials杂志上(DOI: 10.1002/aelm.201600111)。