復合材料提升塑料電子元件的傳輸速率

　　智能手機對于觸控的響應速度是由各種顯示組件之間電荷的流通速率決定的。倫敦帝國理工學院(Imperial College London，簡稱 ICL)的科學家們與阿卜杜拉國王科技大學(King Abdullah University of Science and Technology，簡稱 KAUST)的同仁們將合作制造有機薄膜晶體管 (OTFT)，這些有機薄膜晶體管通過融合兩種有機半導體的細致溶液處理方法不斷取得創(chuàng)紀錄的載流子遷移率。這些有機薄膜晶體管及其處理方法提供了一系列未來的電子應用。

　　Aram Amassian 教授在阿卜杜拉國王科技大學的研究小組與倫敦帝國理工學院物理系的 Thomas Anthopoulos 博士以及化學系的 Iain McCulloch 教授和 Martin Heeney 博士合作開發(fā)并描述了一種可提高電荷流通速率且支持更快的有機晶體管制作的復合材料。他們在發(fā)表于《Advanced Materials》上的一篇聯(lián)合論文中描述了這種新穎的半導體混合物。為應對昂貴的真空沉積工藝的挑戰(zhàn)，有機合成化學家在共軛可溶性小分子的合成方面越來越有成效。帝國理工學院的首席研究員 Anthopoulos 博士評論說：“盡管它們有形成大晶體的趨勢，但是重復形成高品質、連續(xù)且均勻的薄膜仍是一個問題。”相比之下，聚合物半導體常為可溶性的，而且可以形成優(yōu)質連續(xù)薄膜，但直到不久前，聚合物半導體的電荷載流子遷移率還無法高于 1 cm2/Vs。

　　在這項集體工作中，帝國理工學院的化學家們通過與該大學塑料電子中心的設備物理學家以及阿卜杜拉國王科技大學的材料科學家們共同合作，將聚合物與小分子的優(yōu)勢屬性融合到一種復合材料中。這種復合材料的性能比單獨拿出來的每一種成分的性能都要高，并且還加強了設備到設備的重現(xiàn)性和穩(wěn)定性。復合材料的性能之所以能得到提升，其部分原因在于混合物中小分子成分的晶體結構以及多晶薄膜頂面的平整度和光滑度。后者對上閘極、下觸式配置設備至關重要，這是因為半導體混合物的頂面在涂上聚合物電介質溶液時形成了半導體電介質界面。對純凈狀態(tài)下的高度多晶小分子而言，表面光滑連續(xù)和缺乏表面晶界這種事情并不常見，這表明聚合物粘合劑可使半導體晶體變得平滑，甚至可能為半導體晶體涂上了納米級薄層。研究論文的共同作者、阿卜杜拉國王科技大學的 Amassian 教授指出：“聚合物與分子的混合物的性能超過 5 cm2/Vs，這一數(shù)據(jù)非常接近之前公布的分子本身的單晶體遷移率。”

　　阿卜杜拉國王科技大學的材料科學家們通過結合使用康奈爾高能同步輻射源 (CHESS) D1 光束線同步輻射 X 射線散射技術、橫截面能量過濾透射電子顯微鏡法 (EF-TEM) 以及地形相位模式原子力顯微鏡法解決了有機半導體混合物的相位分離、結晶度和形態(tài)分析等問題。

　　斯坦福大學 (Stanford University) 的 Alberto Salleo 教授是聚合物半導體高級結構表征方面的專家，他表示：“這項工作特別令人興奮，因為它表明了通過將互補性的強大表征技術應用到這些復雜的有機混合物中，你就可以了解很多關于它們是如何起作用的知識。這是結構與屬性關系方面的一個研究范例，突出了這類合作的有效性。5 cm2/Vs 的遷移率已經是一個驚人的數(shù)字。所描述的方法為研究人員實現(xiàn)更高的遷移率提供了機會。”

　　Anthopoulos 博士補充說：“原則上說，這種簡單的混合方法可以促進有機晶體管的發(fā)展，使有機晶體管的功能特性遠遠超出目前的最高水準。”