Advanced Materials:柔性侧链对共轭聚合物半导体迁移率及功能的影响

有机半导体是具有重大科学意义和广阔应用前景的研究领域。它在电子信息材料领域扮演了继往开来的重要角色—既继承了传统硅基半导体的载流子传输优势,又克服了无机半导体固有的高成本、高能耗且易碎等缺点,并且赋予了半导体材料质轻、柔性等新的特性。无论是2013年LG史无前例的高色域、4K清晰度OLED曲面屏电视的发布,还是2019年华为首部5G可折叠超薄智能手机的惊艳亮相,种种“黑科技”的背后都包括有机半导体技术的支撑。目前,物联网、柔性传感器、电子纸、柔性显示驱动以及智能芯片的开发离不开有机半导体领域场效应晶体管的发展。有机半导体正在参与产业的变革,改变人们的生活。在有机半导体材料中,有机共轭聚合物由于其优异的载流子传输性能和良好的机械性能等受到研究人员格外青睐。共轭聚合物结构上由共轭主链和柔性侧链两部分构成,主链用于传输电荷,侧链用于赋予聚合物必要的溶液加工能力。在以往的研究中,人们主要关注于共轭骨架的构筑,而对柔性侧链的研究相对较少。随着对共轭聚合物材料系统和深入研究,人们发现柔性侧链对于材料的堆积、形貌乃至半导体性能至关重要。因此,人们针对聚合物的侧链展开了一系列有针对性的研究工作,并且取得了累累硕果,对原有的半导体性能实现了大幅提升,还基于侧链修饰赋予了有机半导体新的功能特性。

中国科学院化学研究所张德清研究员课题组综述了共轭聚合物侧链对半导体性能及功能影响的最新进展。文章首先综述了传统的烷基侧链对载流子迁移率的影响,详细地从烷基侧链的含量、取代位置、侧链长度、支化点位置等方面总结分析了对载流子传输性能的优化方法。然后研究人员分类讨论了引入杂原子或官能团修饰的聚合物侧链,包括氟原子取代侧链、含硅元素侧链、寡聚甘醇侧链、氢键型侧链、离子型侧链、光响应型侧链。他们综述了这些含杂原子的侧链对聚合物聚集态形貌、组装、迁移率的影响,以及杂原子修饰导致的新型功能器件如可拉伸器件、化学传感器件、光响应器件等。最后,研究人员对共轭聚合物的侧链研究现状和发展前景做了总结和展望。

人们对于新型电子产品日益增长的需求和电子信息技术自身的快速发展对支撑材料——半导体提出了新的要求。有效提高有机半导体材料的性能表现及开发多种新型集成功能才能向社会与工业给出满意的答复。而侧链修饰能够为实现这些目标提供有效的思路,研究人员相信该工作能为其他研究人员提供重要参考。相关论文在在线发表在Advanced Materials(DOI: 10.1002/adma.201903104)上。