日，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所高功率激光元件技術(shù)與工程部研究團(tuán)隊，在光電薄膜器件的界面工程領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。相關(guān)成果以“Liquid-like slippery dielectric surfaces boosting electrical performance of organic field-effect transistors”為題，發(fā)表于Applied Surface Science。

場效應(yīng)晶體管（FET）型光探測器，是柔性電子與神經(jīng)形態(tài)計算等前沿技術(shù)的關(guān)鍵器件，其界面特性嚴(yán)重影響器件電性能。傳統(tǒng)界面工程使用十八烷基三氯硅烷（ODTS/OTS）分子修飾介電層表面，只聚焦其高靜態(tài)疏水性，而忽略了動態(tài)潤濕性對上層半導(dǎo)體薄膜的生長與電荷傳輸?shù)挠绊懀瑢?dǎo)致領(lǐng)域內(nèi)半導(dǎo)體薄膜質(zhì)量和器件電性能提升空間受限。

本研究創(chuàng)新性地將類液體超滑表面——一類具有超低接觸角遲滯的特殊超潤濕界面應(yīng)用于FET器件界面修飾中，替代傳統(tǒng)的OTS修飾層，顯著提升了器件的載流子遷移率，開辟了界面調(diào)控新思路。研究系統(tǒng)探索了類液體超滑表面對Ph-BTBT-12有機半導(dǎo)體薄膜生長與器件性能的調(diào)控作用。研究結(jié)果表明，超滑表面不僅具備高靜態(tài)疏水性，更因其優(yōu)異的滑動性能（動態(tài)潤濕性），顯著促進(jìn)了鍍膜過程中有機半導(dǎo)體分子的有序堆疊，誘導(dǎo)形成大尺寸、高度取向的晶態(tài)區(qū)域，提升了半導(dǎo)體薄膜層質(zhì)量（圖1）。經(jīng)熱退火后，發(fā)生SmE相液晶到晶體的相變，進(jìn)一步提升半導(dǎo)體層的有序度以及器件的載流子遷移率（圖2）。其中一種超滑表面修飾的OFET器件遷移率達(dá)3.90 cm2·V–1·s–1，幾乎是傳統(tǒng)OTS修飾器件的三倍。值得注意的是，即便未經(jīng)熱退火，超滑表面修飾的器件遷移率（2.54 cm2·V–1·s–1）仍顯著優(yōu)于OTS處理器件熱退火后的遷移率（1.44 cm2·V–1·s–1）。該研究揭示了表面動態(tài)潤濕性在調(diào)控有機半導(dǎo)體薄膜形貌與晶體結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵作用，為高性能半導(dǎo)體器件的界面設(shè)計提供了新思路。

圖片:W020251028379777985536_ORIGIN.png

圖1.（a）表面動態(tài)潤濕性能，（b）上層Ph-BTBT-12半導(dǎo)體分子的自組裝行為（上：使用類液體超滑表面；下：使用OTS普通疏水表面），以及（c）半導(dǎo)體分子的層層自組裝截面高度圖

圖片:W020251028379778568116_ORIGIN.jpg

圖2.Ph-BTBT-12半導(dǎo)體分子在超滑表面的（a）組裝機理；（b）熱退火相變行為（左：XRR曲線；右：相變示意圖）

該工作得到了國家自然科學(xué)基金等項目的支持。

原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0169433225013029