【儀表網 研發快訊】近日，中國科學院上海光學精密機械研究所高功率激光元件技術與工程部研究團隊，在光電薄膜器件的界面工程領域取得重要進展。相關成果以“Liquid-like slippery dielectric surfaces boosting electrical performance of organic field-effect transistors”為題，發表于Applied Surface Science。
場效應晶體管(FET)型光探測器，是柔性電子與神經形態計算等前沿技術的關鍵器件，其界面特性嚴重影響器件電性能。傳統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，只聚焦其高靜態疏水性，而忽略了動態潤濕性對上層半導體薄膜的生長與電荷傳輸的影響，導致領域內半導體薄膜質量和器件電性能提升空間受限。
本研究創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用于FET器件界面修飾中，替代傳統的OTS修飾層，顯著提升了器件的載流子遷移率，開辟了界面調控新思路。研究系統探索了類液體超滑表面對Ph-BTBT-12有機半導體薄膜生長與器件性能的調控作用。研究結果表明，超滑表面不僅具備高靜態疏水性，更因其優異的滑動性能(動態潤濕性)，顯著促進了鍍膜過程中有機半導體分子的有序堆疊，誘導形成大尺寸、高度取向的晶態區域，提升了半導體薄膜層質量(圖1)。經熱退火后，發生SmE相液晶到晶體的相變，進一步提升半導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3.90 cm2·V–1·s–1，幾乎是傳統OTS修飾器件的三倍。值得注意的是，即便未經熱退火，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潤濕性在調控有機半導體薄膜形貌與晶體結構中的關鍵作用，為高性能半導體器件的界面設計提供了新思路。
該工作得到了國家自然科學基金等項目的支持。
圖1 (a)表面動態潤濕性能，(b)上層Ph-BTBT-12半導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)半導體分子的層層自組裝截面高度圖。
圖2 Ph-BTBT-12半導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)
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