您的位置:澳门威斯尼斯人娱乐网 > 化学科学 > 先进材料,化学所在有机场效应光电功能集成器

先进材料,化学所在有机场效应光电功能集成器

发布时间:2019-07-16 10:20编辑:化学科学浏览(194)

    有机场效应晶体管作为分子电子学/有机电子学的核心基本单元而受到全世界的广泛关注。并五苯是有机场效应晶体管的重要化合物,具有高的迁移率和开关比。但并五苯化合物由于具有活泼的二烯单元和丰富的π电子,其稳定性差,从而限制了其应用。化学所有机固体院重点实验室研究人员采用一种新的方法合成了硫杂的并五苯类似物DBTDT,该化合物显示了良好的稳定性和OFET性能(迁移率: 0.51 cm2V-1s-1;开关比: 106),有可能成为并五苯的替代物。相关结果发表在(Adv. Mater. 2007, 19, 3008-3011 )上,并被《Advanced Materials》的主编选为VIP和Advanced in Advance论文。

    有机场效应晶体管是有机电路的基本构筑基元,在驱动显示,柔性、可印刷大面积电子学,可穿戴电子等方面具有重要应用前景。高性能有机场效应晶体管器件的构筑是推动实现其真正应用的重要研究目标。

    图片 1

    在中国科学院先导项目和国家自然科学基金委支持下,中科院化学研究所有机固体重点实验室董焕丽课题组与天津大学胡文平课题组合作,近年来围绕高性能分子材料设计合成、分子聚集态结构调控、器件结构优化和界面调控等方面开展了长期研究工作,发展了系列高迁移率分子材料体系,实现了高质量有机高分子晶体聚集态的制备,获得了高性能有机场效应晶体管器件的构筑,许多器件的载流子迁移率超过了10 cm2 V-1s-1,最高可达42.7 cm2 V-1s-1(Adv. Mater. 2013, 25, 6158; Nat. Commun. 2015, 6, 10032; Acc. Chem. Res. 2016, 49, 2435; Adv. Mater. 2016, 28, 4513; Adv. Mater. 2016, 28, 3755; Adv. Mater. 2017, 29, 1701251; Adv. Mater. 2018, 30, 1801048; J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 17261; Adv. Mater. 2018, 30, 1803655)。

    图1 并五苯与DBTDT的分子结构

    最近,在前期研究基础上,针对有机电子学器件和光子学器件难以集成的难题,科研人员进一步利用有机场效应晶体管器件特有的信号放大和开关特性,同时结合有机高分子单晶兼具场效应和光波导特性,提出了一种新型有机场效应波导器件的设计思想,希望通过光电子微观层面的相互作用,实现二者的相互调制及集成。为了验证这一思想,科研人员首先以课题组前期发展的氯代吲哚[3,2-b]咔唑分子有机半导体分子为例,通过多金膜掩模方法,构筑了基于CHICZ单晶的有机场效应波导器件,系统研究了在沟道电荷传输平行和垂直波导传输方向的电场对材料光波导性能的影响,证实栅极调控作用对晶体中光波导传输特性的有效调制,在平行和垂直方向获得了分别高达70%和50%的调控幅度。同时,以入射激光作为场效应晶体管的另一个调控变量,实现了光信号传输对于晶体管电荷传输性能的调控,调控开关比达14800。这一研究结果证实了微观层面有机半导体材料中的光电相互调制行为,可进一步拓展到更多其他有机高分子共轭材料体系,为有机光电子器件的有效集成提供了一种新思路。相关研究工作近期发表在《自然-通讯》(Nat. Commun. 2018, 9, 4970, DOI: 10.1038/s41467-018-07269-9)。

    酞菁氧钛是一种高效的有机光导体,在静电复印、激光打印中广泛使用。酞菁氧钛的a相中,分子形成凸凹相对的分子对,分子间有着大面积的共轭和非常小的分子间距:凸起的分子对之间的N6-N6仅3.145 Å,凹形的分子对间的C9-C28为3.211 Å。理论计算和实验结果都证明:a相的酞菁氧钛具有很高的场效应迁移率和开关比,这些特点,使酞菁氧钛有望成为一种具有潜在应用前景的有机场效应材料。相关结果发表在近期的《先进材料》上(Adv. Mater. 2007, 19, 2613-2617),并被《Advanced Materials》的主编选为VIP论文。

    图片 2

    图片 3

    有机场效应波导器件

    图2 具有超近分子间距的a-酞菁氧钛

    单晶不仅能揭示材料的本征性能,同时也是构筑高性能器件的最佳选择之一,近年来受到人们的广泛关注。研究人员在有机单晶纳米带的研究基础上(Adv. Mater. 2006, 18, 65-68, Adv. Mater. 2006, 18, 3010-3014, J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 14634-14639),进一步对纳米带的光响应特性进行了研究,构筑了高性能的基于有机微纳晶的光开关和光控晶体管。这些敏感性高、开关比大的有机单晶器件的成功构筑,预示着其在有机光电一体化器件中的潜在应用前景。有关研究成果发表在近期的《先进材料》上(Adv. Mater. 2007, 19, 2624-2628)。

    图片 4

    图3 基于有机单晶的光开关和晶体管

    有机固体院重点实验室

    2008年1月25日

    本文由澳门威斯尼斯人娱乐网发布于化学科学,转载请注明出处:先进材料,化学所在有机场效应光电功能集成器

    关键词: