Small Structures:高迁移率有机发光半导体及其光电器件

有机发光晶体管(OLET)整合了有机场效应晶体管(OFET)的场效应跨导特性和有机发光二极管(OLED)的电注入发光特性。器件的相应有源层实现了可控的光电耦合转换。因此,从理论上为研究载流子传输特性和激子辐射理论提供了一种新方法。此外,OLET的集成器件特性使其在先进的显示技术,多功能光电和电泵浦有机激光器中具有潜力。然而,由于材料性能和器件制备技术的限制,OLET器件尚未满足实用要求。通过合理的材料设计同时结合新型器件结构有望提高OLET器件的性能。中国科学院化学研究所刘云圻院士团队综述了高迁移率有机发光半导体的材料设计主要影响因素以及对应的OLET器件研究进展。

该综述首先概述了影响半导体材料迁移率和发光特性的基本因素,从分子结构对其聚集态及其光电特性的影响做了阐述,指出可以通过调节分子堆积和激子结合能来有效调控材料的光电性质。通过合理的分子设计使其聚集态保持J聚集,同时拥有适中的激子结合能可以兼顾材料的发光特性和电荷传输能力。

随后,文章总结了有关OLET器件的代表性工作成果和最新研究进展,从已发展的材料设计策略,器件结构,器件工作机制及器件性能影响因素几个方面阐述了该领域的研究重点。主要包括高迁移率发光材料和高性能OLET器件的设计,以及基于这些材料的功能器件。例如,从材料设计的角度而言,基于明星内核,如连噻吩,芴,苯乙烯,蒽,芘,苯并噻二唑等进行合理的共轭扩展,通过官能团取代、共轭延展等策略调控其能级结构和分子堆积可以设计出性能优异的高迁移率发光材料。对于OLET器件,高迁移率发光材料仍然是决定器件性能最重要的因素,同时电荷平衡注入,发光层堆积形态和界面特性均会极大地影响器件性能。此外,文章还简要概述了基于高迁移率发光材料的功能化器件,包括集成驱动显示器,有机光开关晶体管和有机场效应光波导器件。

最后,作者进一步概述了高迁移率发光材料及OLET器件的设计和制备面临的挑战及应用前景。相关论文在线发表在Small Structures期刊上(DOI:10.1002/sstr.202000083)。