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【材料】氧诱导晶格应变用于提升有机场效应晶体管的性能与稳定性

时间：2023-11-17 来源： 浏览：

【材料】氧诱导晶格应变用于提升有机场效应晶体管的性能与稳定性

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有机半导体材料因为其本征柔性、低成本、可大面积制备等优势，在有机光电器件、生物电子、可穿戴设备等领域具有广阔的应用潜力。但是低的迁移率和稳定性一直是制约有机半导体应用的关键因素。与通过共价键结合的无机半导体相比，有机半导体是通过较弱的范德华力结合在一起的。分子间的作用力的大小直接影响着有机半导体的迁移率和稳定性，因此，开发一种减小有机半导体相邻分子之间的π-π堆积距离、增强电子轨道耦合的策略，有希望同时增强有机半导体及相应有机器件的迁移率和稳定性。
应变工程策略被广泛用于调控无机半导体的物理和化学特性，比如采用应变硅技术可以调控半导体硅的迁移率。有鉴于此， 天津大学李立强-陈小松 团队开发了一种 氧诱导晶格应变的策略，在有机半导体中引入了晶格压应变，成功制备了同时具有高迁移率和高稳定性的有机半导体。

图1. 氧诱导晶格应变策略示意图及应变有机单晶的结构表征。图片来源： Adv. Mater.
基于该策略制备的DNTT 有机场效应晶体管的最大迁移率提高到了15.3 cm 2  V −1  s −1 ，并且器件的接触电阻降低到了25.5 Ω•cm。值得一提的是，DNTT单晶的热稳定性也大大提高，能够在160 °C下依然保持良好的形貌以及稳定的迁移率，并获得了迄今报道的基于有机半导体的最高的饱和功率密度（约3.4×1 0 4 W cm −2 ）。实验和理论计算都表明，氧诱导引起的晶格压应变是实现有机半导体高迁移率和高稳定性的原因。此外，该策略对n型和p型有机半导体都具有很好的普适性。这项工作提供了一种新的策略同时提高了有机半导体的迁移率和稳定性，为有机器件的实际应用奠定了基础。

图2. 氧诱导晶格应变和无应变DNTT单晶的形貌及电学稳定性测试。图片来源： Adv. Mater.
以上工作相关论文在线发表于 Advanced Materials 期刊。天津大学分子聚集态科学研究院 李立强 教授和 陈小松 副教授主持该研究，为论文通讯作者，天津大学理学院 孙雅静 副教授主持了理论计算，为共同通讯作者。天津大学分子聚集态科学研究院博士生 孙首港 、天津大学理学院硕士生 朱杰 为该文章的共同第一作者。天津大学有机集成电路教育部重点实验室、天津大学分子光电科学重点实验室胡文平教授对本研究提供了支持和指导。该研究工作得到了国家重点研发计划，国家自然科学基金，天津市自然科学基金，国家超级计算天津中心，先进计算与关键软件（信创）海河实验室，海河可持续化学转化实验室的资助。
原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：
Oxygen-Induced Lattice Strain for High-Performance Organic Transistors with Enhanced Stability
Shougang Sun, Jie Zhu, Zhongwu Wang, Yinan Huang, Yongxu Hu, Xiaosong Chen*, Yajing Sun*, Liqiang Li*, Wenping Hu
Adv. Mater ., 2023 , DOI: 10.1002/adma.202306975
作者简介

李立强，天津大学教授、博士生导师，2002年和2005年在南开大学获得学士和硕士学位，2008年于中科院化学所获博士学位。2014年加入中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，任研究员。2019年调入天津大学，现任天津大学理学院与分子聚集态科学研究院副院长。2022年获国家杰出青年基金，曾入选国家青年人才计划、江苏省“双创人才”计划。主持科技部重点研发计划子课题、基金委面上项目（2项）、中科院前沿科学重点项目、天津市杰出青年基金、天津市重点项目等，作为研究骨干参与基金委创新研究群体项目、基金委重点项目、科技部重点研发计划等。一直从事有机场效应晶体管材料与器件的研究，重点聚焦有机半导体的稳定性、可控组装、掺杂与电输运机制。在A dv. Mater.、Sci. Adv.、Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Energy Mater .等期刊上发表文章90余篇。
https://www.x-mol.com/university/faculty/287472

陈小松，2011年毕业于华中师范大学物理学基地班专业，获理学学士学位；2016年毕业于华东师范大学凝聚态物理专业（导师：马学鸣），获理学博士学位；2016年至2019年在复旦大学高分子科学系（合作导师：魏大程研究员）及深圳大学（合作导师：张文静教授）从事博士后研究；2019年加入天津大学分子聚集态科学研究院，任副教授。研究方向聚焦于有机场效应晶体管的器件物理及稳定性，在有机场效应晶体管的界面调控、掺杂、稳定性调控等方面做了较为系统的研究工作。主持基金委青年项目一项、横向课题1项、天津大学自主基金2项，作为研究骨干参与科技部重点研发计划1项。目前，以第一或通讯作者（含共同第一或共同通讯作者）发表SCI期刊论文17篇，包括1篇 Adv. Mater ., 2篇 Nat. Commun. ，1篇 Sci. Adv. , 1篇 Adv. Funct. Mater. ，1篇 ACS Nano , 1篇 Adv. Sci ，1篇 Small 等；同时，申请发明专利11件，其中5件已获授权。此外，参与的“二维原子晶体的等离子增强化学气相沉积方法及结构调控”相关的研究工作获得2021年度“中国化工学会基础研究成果奖”一等奖。
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