有機(jī)薄膜晶體管（OTFTs）在柔性邏輯電路、傳感器、非易失性存儲(chǔ)器等方面表現(xiàn)出巨大的潛在應(yīng)用。小分子和聚合物溶液共混形成垂直相分離（VPS）結(jié)構(gòu)，可以產(chǎn)生高質(zhì)量的結(jié)晶半導(dǎo)體層和本征且無陷阱的半導(dǎo)體/絕緣體界面。VPS結(jié)構(gòu)的OTFTs具有出色的器件性能、良好的均勻性和可重復(fù)性、環(huán)境和機(jī)械穩(wěn)定性、可低成本和大面積制造等優(yōu)勢(shì)，因此，有極大的商業(yè)化應(yīng)用潛力。此外，垂直相分離結(jié)構(gòu)也能夠用于制備可本征可拉伸晶體管，其在電學(xué)性能和可拉伸性之間表現(xiàn)出良好的平衡性。吉林大學(xué)王海波教授與中南大學(xué)陽軍亮教授對(duì)VPS結(jié)構(gòu)高性能OTFTs的形成機(jī)制、優(yōu)化策略、優(yōu)秀的器件性能以及在柔性和可拉伸電子學(xué)方面的應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)介紹。相關(guān)綜述以“Vertical Phase Separation Structure for High-Performance Organic Thin-Film Transistors: Mechanism, Optimization Strategy, and Large-Area Fabrication toward Flexible and Stretchable Electronics”為題發(fā)表在《Advanced Functional Materials》上。
在這篇綜述中，首先總結(jié)了 OTFTs 中 VPS 結(jié)構(gòu)的演變歷史和最新進(jìn)展。并依次介紹了VPS結(jié)構(gòu)的形成機(jī)理以及影響有機(jī)薄膜形貌和結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵參數(shù)、不同因素對(duì)有機(jī)薄膜的形貌和相結(jié)構(gòu)以及相應(yīng)的器件性能的影響、VPS 結(jié)構(gòu)在 OTFTs 中的優(yōu)勢(shì)，包括低滯后、良好的均勻性和環(huán)境穩(wěn)定性、VPS 結(jié)構(gòu)在柔性和可拉伸電子產(chǎn)品中的應(yīng)用。VPS結(jié)構(gòu)的OTFTs具有許多獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，可能成為OTFTs商業(yè)化應(yīng)用的途徑。
通常，有機(jī)小分子的結(jié)晶薄膜比聚合物薄膜表現(xiàn)出更高的載流子遷移率。然而，共軛小分子溶液由于分子量低，粘度低，容易在襯底表面脫濕，導(dǎo)致薄膜的不連續(xù)性和不均勻性。聚合物由于溶液粘度高和基材潤濕性好，易于制備均勻的薄膜。在小分子溶液中引入聚合物，在溶劑揮發(fā)過程中形成具有VPS結(jié)構(gòu)的層狀薄膜，可以很好的改善小分子半導(dǎo)體的溶液加工性并制備得到高質(zhì)量的結(jié)晶半導(dǎo)體層和本征且無陷阱的半導(dǎo)體/絕緣體界面。
圖2.大面積沉積技術(shù)示意圖
源自小分子和聚合物的混合物的 VPS 結(jié)構(gòu)OTFTs已經(jīng)表現(xiàn)出包括高電性能、高器件均勻性、高器件穩(wěn)定性以及低成本和大面積制造等優(yōu)異的綜合性能參數(shù)，為OTFTs 的實(shí)際應(yīng)用提供了可能性。此外，具有相分離結(jié)構(gòu)的可拉伸 OTFTs 在多次應(yīng)變循環(huán)和偏置應(yīng)力測(cè)試后表現(xiàn)出可忽略不計(jì)的退化；旌先芤旱 VPS 結(jié)構(gòu)與溶液處理和柔性基板兼容。因此，低成本和大面積的印刷或涂層技術(shù)，可用于制造高質(zhì)量 VPS結(jié)構(gòu) OTFTs，在柔性、印刷和可拉伸電子產(chǎn)品中具有巨大的應(yīng)用潛力。VPS結(jié)構(gòu)的OTFTs具有均勻性、再現(xiàn)性和穩(wěn)定性等諸多優(yōu)勢(shì)，有望克服從實(shí)驗(yàn)室到商業(yè)化的轉(zhuǎn)變中存在的問題，為加速OTFTs的商業(yè)化提供解決方案。
原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202202071
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