Adv. Mater.：用于高性能共面场效应晶体管的印刷半导体-绝缘体聚合物双层

【引言】

有机电子正在逐步应用于下一代柔性电子产品中，并被广泛用于商业显示器。共面晶体管，其有源半导体层位于源极/漏极同一平面内，是下一代电子器件有吸引力的竞争者，因为它们可用于降低材料消耗，尽量减少泄漏电流，避免串扰不同的器件，并简化电路的制造过程。

【成果简介】

近日，西安交通大学鲁广昊教授（通讯作者）团队开发了使用模型半导体/绝缘体[聚（3-己基噻吩）（P3HT）/聚苯乙烯（PS）]共混物来实现共面晶体管的一步滴落式印刷方法。通过在金属电极和SiO₂电介质上操纵控制去湿动力学，选择性地限制沟道区域内的溶液，从而使得源极/漏极电极的顶部表面完全不含聚合物。随后，在溶剂蒸发期间，P3HT和PS之间的垂直相分离形成了半导体-绝缘体双层结构，有助于提高晶体管性能。而且，这种具有半导体-绝缘体双层结构的共面晶体管是通过栅应力将电荷注入到绝缘体中的理想系统，并且由此形成的PS驻极体层充当“不均匀浮栅”来调节阈值电压和有效迁移率。相关成果以题为“Printing Semiconductor–Insulator Polymer Bilayers for High-Performance Coplanar Field-Effect Transistors”发表在了Advanced Materials上。

【图文导读】

图1 OFET的三种配置方案

a）OFET的三种配置方案：顶接触底栅，底接触底栅和共面OFET

b）OFET制备方案和同时去湿以及垂直相分离

图2 溶胶印刷P3HT/PS双层膜在Au/SiO₂周期性模式下的形貌及其对OFET迁移率的影响

a-c）分别由a）3 mg mL^-1，b）6 mg mL^-1和c）20mg mL^-1的溶液浓度制备的P3HT/PS95K（5％P3HT）混合物的光学显微镜图像

d）饱和流动性对聚合物溶液浓度的影响

图3 去湿引起的面内相分离对OFET特性的影响

a-d）由a，b）6 mg mL^-1和c，d）20 mg mL^-1的溶液浓度制备的P3HT/PS95K（5％P3HT）膜的输出和转移（V_ds = -100V）曲线

图4 器件特性

a）由两个共面晶体管组成的P3HT/PS数字反相器的传输特性，阈值电压偏移≈5V

b）从（a）得到的逆变器的增值

c，d）使用在V_ds≠0V的栅应力控制共面晶体管的器件操作

【小结】

该工作开发了一步式印刷方法，实现了采用P3HT/PS共混物的半导体共面晶体管。在金属电极和介质层上控制溶液去湿动力学可能会限制通道区域内的溶液。P3HT/PS与P3HT低于5％的胶膜几乎是透明的，无色的，可用于透明电子应用。

文献链接：Printing Semiconductor–Insulator Polymer Bilayers for High-Performance Coplanar Field-Effect Transistors（Adv. Mater.,2017,DOI:10.1002/adma.201704695）

本文由材料人生物材料组Allen供稿，材料牛整理编辑。

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