【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所高功率激光元件技術(shù)與工程部研究團(tuán)隊(duì)，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(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)型光探測(cè)器，是柔性電子與神經(jīng)形態(tài)計(jì)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(dòng)態(tài)潤(rùn)濕性對(duì)上層半導(dǎo)體薄膜的生長(zhǎng)與電荷傳輸?shù)挠绊?，?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(rùn)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(duì)Ph-BTBT-12有機(jī)半導(dǎo)體薄膜生長(zhǎng)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(dòng)性能(動(dòng)態(tài)潤(rùn)濕性)，顯著促進(jìn)了鍍膜過程中有機(jī)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(dòng)態(tài)潤(rùn)濕性在調(diào)控有機(jī)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(jì)提供了新思路。
 

　　該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持。
 

　　圖1 (a)表面動(dòng)態(tài)潤(rùn)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2 Ph-BTBT-12半導(dǎo)體分子在超滑表面的(a)組裝機(jī)理；(b)熱退火相變行為(左：XRR曲線；右：相變示意圖)