有机场效应晶体管和分子电子学研究进展

近几年来,有机场效应晶体管在材料和器件方面都取得了长足的进展,成为分子电子学的一个重要方向。本文从有机半导体材料设计、有机半导体器件的构筑、单分子电子器件和纳米管在电子器件中的应用等方面,简单综述了有机场效应晶体管和分子电子学的最新研究进展。     

马兰戈尼效应在有机半导体成膜中的应用

<正>1背景介绍以有机发光二极管、有机太阳能电池和有机场效应晶体管为主的有机半导体薄膜器件,因在便携、可穿戴电子器件领域有巨大的应用前景,而逐渐成为无机半导体器件的一个重要补充。溶液法生长有机半导体薄膜工艺更使有机半导体器件的低成本、可在柔性基底上大面积制备的优点得到体现,因而受到广泛关注。但是,溶液法制备工艺也存在着诸多不足,比如被称为"咖啡环"效应的溶剂自然挥发造成的薄     

具有感知功能的有机场效应晶体管研究进展

伴随着光电子学不断向智能化方向演化,发展具有感知功能的有机光电材料与器件成为重要的交叉前沿方向.有机场效应晶体管通过电场调控半导体分子的导电状态,不但能够结合电子开关功能构建本征柔性的逻辑与驱动电路,还可以结合多功能分子的设计与界面调控,制备具有化学/生物/物理信号传感、突触功能和适应功能的电子器件.过去十年,具有感知功能的有机晶体管研究日趋受到关注并取得快速发展.本文从有机半导体的分子设计、界面修饰、器件设计等方面概述有机场效应晶体管的感知功能化研究进展,重点介绍适应性有机晶体管方面的研究策略和发展现状,最后总结有机晶体管在感知功能研究方面的挑战与机遇.     

酰胺与酰亚胺类n型有机半导体材料的研究进展

有机半导体材料具有来源丰富、化学结构可裁剪、柔韧性较高、器件制备温度低和塑料衬底兼容性好等优点, 极大地拓展了电子器件的功能与应用. 然而, 电子传输型(n型)有机半导体在分子多样性、载流子迁移率和空气稳定性方面远远落后于空穴传输型(p型)半导体, 从而阻碍了双极晶体管、p-n结和有机互补电路的发展. 酰胺或酰亚胺功能化能显著提高有机材料的电子亲和势, 是构建高性能n型有机半导体的重要策略. 本综述总结了近年来萘二酰亚胺类、苝二酰亚胺类、吡咯并吡咯二酮类、异靛蓝类和其他酰胺/酰亚胺类小分子和聚合物n型有机半导体材料的研究进展, 从分子设计角度出发, 深入讨论了分子结构如何改变分子前线轨道能级、分子间相互作用力、聚集态结构、器件稳定性和电学性能, 最后对其未来的发展方向和面临的挑战进行了展望.     

有机微纳晶场效应晶体管

有机单晶中分子排列长程有序、无晶界且杂质和缺陷很少,是揭示有机半导体材料本征性能和制备高迁移率器件的最佳选择。因此,有机单晶材料对于构筑高性能电子器件和电路等方面具有无可比拟的优势。同时,有机单晶材料也为揭示半导体材料微观分子堆积与宏观电性能关系提供了重要手段。有机分子间以弱的范德华力相结合,因此,有机半导体单晶多以微纳晶形式存在。目前,种类繁多的有机微纳晶半导体材料被广泛应用于高性能场效应晶体管器件,这些器件的研究不仅可以筛选出高性能的有机半导体材料,也为科研人员提供更多的机会来理解有机半导体中电荷传输的物理内涵。本综述介绍了有机单晶场效应晶体管的基本结构和运行机理;微纳晶制备、表征方法以及器件构筑方法;总结了近三年来有机微纳晶半导体材料与器件取得的最新研究进展;探讨了当前有机微纳晶研究的热点和趋势并分析了面临的挑战。     

有机半导体的异质结(Hetero-junction)问题

有机异质结在有机电子器件中起到十分重要的作用,它不仅对有机器件中载流子的运动起到控制和调节的作用,而且对器件的基本功能特征,诸如光-电转换,电-光转换器件中某些要害步骤(如电子转移,能量转移等)起到重要的作用.本文扼要地从层间能量关系对有关有机异质结进行分类和讨论,并对异质结的界面能量关系中存在的问题及其进展作了介绍.显然,这将对有关器件设计的思路有所帮助.     

有机发光晶体管的关键材料和器件研究※

有机发光晶体管(organic light-emitting transistor, OLET)是一种变革性的小型化有机光电器件, 其在同一器件中集成了场效应晶体管和发光二极管的两种器件功能, 在材料的基础物性研究、新型柔性显示/照明、有机电泵浦激光以及片上集成光电子器件等方面都具有着重要的研究意义. OLET独特的器件结构及工作模式使其对核心的关键材料和器件制备提出了新的要求, 而高性能OLET器件的构筑需要从材料和器件两个方面同时进行优化与改善. 近五年作者课题组和合作者在全面调研和分析OLET领域整体研究背景和存在基本科学问题基础上, 聚焦于高迁移率发光有机半导体关键材料的开发和高效OLET器件(线光源和面光源发光模式)的构筑两个方面开展了初步的探索性研究, 发展了系列特别是基于蒽和芴的高迁移率发光/激光有机半导体材料, 构筑了高性能的单组分有机单晶OLET器件和新型平面OLET面光源发射显示器件, 为进一步推动OLET及其相关领域发展奠定了重要的材料和器件研究基础.     

溶液法大面积制备有机小分子场效应晶体管

作为柔性电子器件的基本构筑元件,有机场效应晶体管(OFETs)近年来受到深入研究并在高性能材料研发和器件多功能应用等方面取得了长足的进展。溶液加工技术以其温和的操作条件和灵活多样的工艺流程,成为实现高性能有机场效应晶体管器件低成本、大面积制备的优良选择。与聚合物相比,小分子有机半导体材料具有较高的固态堆积有序度及紧密程度和材料纯度,更易加工出性能优良的器件。然而小分子材料的成膜性较差,溶液加工潜能欠佳。如何通过不同的溶液加工技术制备取向均一的大面积连续小分子半导体薄膜,进而构筑高性能大面积器件阵列,成为了领域内的研究重点。本文概述了近年来可溶液加工且性能优良的小分子有机半导体材料研究进展,并依据工艺特点,分别介绍了溶液滴注、弯液面引导涂布和打印这三类可实现大面积制备的溶液加工技术,最后对溶液法大面积制备有机小分子场效应晶体管领域的发展前景进行了展望。     

小分子场效应晶体管

近几年来,作为新一代半导体晶体管的有机场效应晶体管(OFET)在制备技术和器件性能上都取得了很大的进步,并引起了有机半导体领域研究人员的广泛关注。本文主要介绍了常见的小分子材料在场效应晶体管中的应用,并对几种有机小分子材料的结构和场效应性能做了总结。     

手性有机光电功能材料及其圆偏振光发射与探测

手性有机半导体由于其新颖的性质引起了有机光电领域极大的研究兴趣. 将手性引入有机半导体材料不仅可以调控聚集态结构影响载流子输运进而影响光电器件的性能, 而且催生了圆偏振光直接发射与探测材料与器件的产生与发展. 手性材料与圆偏振光之间的相互作用使得其在3D显示、量子通讯、信息存储与处理等领域展示出广泛的应用前景. 本综述总结近年来手性有机光电材料及器件的研究进展, 主要围绕手性对有机半导体材料性质与器件性能的影响展开, 聚焦于手性有机半导体的圆偏振光直接发射与探测等研究, 旨在进一步为手性有机光电子领域的发展提供系统的认识.     

基于蒽衍生高迁移率发光材料的研究进展

高迁移率发光有机半导体材料是实现有机发光场效应晶体管(OLETs)的重要材料,但其设计合成面临巨大挑战.本文综合评述了近年来高迁移率发光材料,特别是基于蒽的高迁移率发光材料的研究进展,重点介绍了目前报道的20余种基于蒽的高迁移率发光有机半导体材料,包括分子的设计策略、相关的光电性能及其在OLETs器件方面的应用研究,以便为进一步的相关研究提供有意义的指导和借鉴.本文还对该领域未来发展的挑战、发展方向及机遇进行了简单评述.     

有机自旋光电子学的基本过程

有机自旋光电子学的研究方向分为磁场效应和自旋注入两个方面.研究表明,外加低磁场能够显著改变非磁性有机半导体材料的光致发光、注入电流、电致发光和光电流.这称为有机半导体材料的磁场效应.近年来,非磁性有机半导体材料的磁场效应引起了广泛的关注和研究兴趣.首先,有机半导体材料的磁场效应是强有力的实验手段,用以研究有机电学、光学和光电器件中电荷传输和激发态中的有用和无用过程,为解决电荷传输和激发态过程中的瓶颈问题提供有效的实验手段,为实现磁-光-电多功能集成提供科学原理,尤其是磁场效应能够为提高能量转换效率、探测和传感光电子学器件的响应频谱范围和灵敏度提供新思路.同时利用磁电极,有机半导体材料和器件中自旋注入及其对电荷传输和激发态过程的调控可以用于发展新型功能化的自旋光电子学器件.本文综述并讨论了有机半导体材料和器件中的磁场效应和自旋注入的光电子学效应.     

二维硫化钼基原子晶体材料的化学气相沉积法制备及其器件

二维过渡族金属硫属化合物因其带隙具有强烈的层数依赖性而在电子器件方面具有广泛的应用前景.其中单层二硫化钼(MoS₂)是该系列材料中最典型的一种直接带隙半导体,它具有优异的光、电、磁、热和力学性能.二维MoS₂有望在光电探测、光伏器件、场效应晶体管、存储器件、谷电子和自旋器件、温差电器件、微纳机电器件和系统等方面得以广泛应用.化学气相沉积(CVD)法已成为制备二维过渡族金属硫属化合物如MoS₂、MoSe₂、WS₂和WSe₂等原子层薄膜的主要手段,尤其科学界利用CVD法对二维MoS₂材料进行了深入的制备探索,通过该方法制备的MoS₂薄膜在电子和光电器件方面已经有广泛研究.本文将从二维MoS₂的基本物性出发,详细介绍CVD法制备MoS₂的各种工艺过程,如热分解硫代硫酸盐法、硫化Mo(MoO_3-x)薄膜制备法、MoO_3-x粉体与硫属前驱体气相合成法和钼箔表面直接硫化法,并介绍了基于MoS₂的二维异质结构筑方法.在制备材料的基础上,详细阐述了二维MoS₂在场效应晶体管、光电探测器、柔性电子器件以及异质结器件方面的应用,并展望了二维材料在半导体器件中的应用前景.     

疏水基底表面可控生长有机单晶阵列用于高性能晶体管

有机场效应晶体管(OFETs)、有机发光二极管等光电器件有望实现低成本柔性光电子应用,但低成本潜力取决于基于溶液法大面积沉积有机半导体单晶(OSSC)阵列的能力.然而,差的表面润湿行为和复杂的流体动力学过程限制了溶液沉积大面积OSSC阵列.本文中,我们通过添加微量的表面活性剂改善了润湿性能和流体干燥动力学,并增强了有机...     

高性能的n-型和双极性有机小分子场效应晶体管材料

作为有机场效应晶体管的关键组成部分,有机半导体材料直接决定了器件的性能和稳定性。相比于p-型有机半导体材料,n-型和双极性有机半导体材料在迁移率和稳定性等方面则显著滞后。因此,n-型和双极性小分子有机半导体材料的设计与合成已成为高性能OFETs的学术研究的焦点。这篇综述重点突出了近十年报道的具有较好性能的n-型和双极性小分子有机半导体材料,并且对其结构和性能的关系进行了归纳,旨在对设计合成高性能、空气稳定的n-型和双极性有机小分子半导体材料提供一些指导帮助。     

视觉感知功能化有机光电器件研究进展

视觉感知是人与自然界最为重要的交互方式之一,提供了人体80%以上的外部环境信息.基于此,视觉仿生成为智能感知材料与器件研究中的前沿方向.过去30年,基于有机半导体的光电传感与感知器件历经多代发展,创新了光刺激(强度、色度等)的高灵敏度和选择性传感检测,并拓展了复杂的类生物视觉信号识别、学习与处理功能,已经成为新兴的跨学科领域.本文从单元光敏感的有机光电器件和多功能集成,介绍面向视觉感知功能化的有机光探测器、有机光电突触和有机适应型器件的构建策略和研究进展,并从柔性矩阵化和功能集成的视觉信号成像、学习与编码概述了新一代有机智能感知电子器件的仿生应用探索.     

光电高分子专辑前言

<正>随着时代的进步,电子产品的更新换代大幅提升了人们的工作效率与生活品质.各类电子元件都和半导体材料有着密不可分的联系,但这些半导体材料均基于硅、锗、砷化镓等无机材料.与无机半导体材料不同,有机/聚合物半导体材料由π共轭单元结构构建而成,具有化学结构与器件性能可控的独特优点,在制备低成本、轻柔、大面积的光电器件时,具有极大的优势.因此,有机半导体材料在有机发光二极管、聚合物太阳电池、有机场效应晶体管     

基于有机场效应晶体管的柔性传感器:材料、机制与应用

有机场效应晶体管是一种优良的传感器载体,具有丰富的传感机制和独特的电信号放大特性.有机半导体具有质量轻便、机械柔性、可溶液加工、分子结构可调等优点,适于制备低成本、大面积、多功能的柔性传感活性层.基于有机场效应晶体管的各类柔性传感器已经广泛应用于智能穿戴、电子皮肤、生物检测、环境保护等领域.本文总结了近年来柔性有机场效应晶体管传感器的研究进展,从材料、机制和应用三个层面出发,介绍有机半导体传感材料的设计原则、有机场效应晶体管的传感机制及其在化学、物理、生物领域的应用.最后,总结了有机场效应晶体管传感器的研究现状和现存问题,展望了有机场效应晶体管柔性传感器的未来发展方向.     

并五苯及其衍生物在有机场效应晶体管中的应用

有机场效应晶体管（organic field—effect transistors,OFETs）是以有机半导体材料作为有源层,通过电场控制电流的电子器件．与传统的无机半导体器件相比,由于其可应用于生产大面积、柔性、低成本电子设备而备受关注,在有机存储器件、有机太阳能电池、柔性平板显示和电子纸等众多领域具有潜在而广泛的应用前景．并苯类材料因其紧密的分子堆积及优异的半导体性能被广泛研究．其中,并五苯及其衍生物在场效应晶体管中表现出良好的性质,其效果甚至可以与非晶硅相媲美,但并五苯较差的溶解性及环境稳定性阻碍了其进一步应用．科研工作者通过对分子结构进行修饰改造设计,合成了一系列并五苯的衍生物,其不仅在稳定性、电学性能和溶解性方面有很大提高,还可以将该p-型半导体材料拓展到双极性及n-型半导体材料领域．本文对并五苯及其衍生物在有机场效应晶体管中的应用进行了较为全面的综述,期望对该领域的研究起到一定的推动作用．     

基于有机混合离子-电子导体材料的有机电化学晶体管

作为有机生物电子学领域的重要功能器件,有机电化学晶体管因其高跨导、低工作电压和良好的生物相容性等优势,在神经形态计算、生物传感、逻辑电路等领域中展现出潜在的应用前景.近年来,得益于有机混合离子-电子导体材料的设计和开发,有机电化学晶体管的器件性能取得了快速提升,并成功推动了器件的多元化应用.本文结合有机电化学晶体管的工作原理和器件评价参数,梳理了有机混合离子-电子导体材料在侧链工程和骨架工程等方面的设计策略和发展现状,重点介绍了p/n型分子设计、器件性能和应用的研究进展,最后总结了高效稳定可商业化有机混合离子-电子材料开发和应用的挑战与机遇.