[據(jù)electroiq網(wǎng)站2019年03月01日報(bào)道]日本東京理工大學(xué)的研究人員研發(fā)了一種處于世界領(lǐng)先地位的單極N型薄膜晶體管，其電子遷移率可達(dá)7.16cm²/Vs。這一成就預(yù)示著有機(jī)電子器件激動人心的未來，包括創(chuàng)新的柔性電子顯示器和可穿戴技術(shù)的發(fā)展。

全世界的研究人員都在尋找能夠改善有機(jī)電子技術(shù)發(fā)展的新型材料。Tsuyoshi Michinobu和Yang Wang領(lǐng)導(dǎo)的東京理工大學(xué)材料科學(xué)與工程系研究小組提出了一種提高半導(dǎo)體聚合物電子遷移率的方法，這在之前被認(rèn)為是很難實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的。這種新型高性能材料實(shí)現(xiàn)了7.16cm²/Vs的電子遷移率，比之前的結(jié)果增加了40%以上。

研究發(fā)表在《American Chemical Society》上，研究的重點(diǎn)為提升N型半導(dǎo)體聚合物材料的性能。N型半導(dǎo)體材料具有電子優(yōu)勢，而P型材料具有空穴優(yōu)勢，Michinobu解釋說，由于電子與空穴相比，更加的不穩(wěn)定，因此想要得到穩(wěn)定的N型半導(dǎo)體聚合物是有機(jī)電子器件的一大挑戰(zhàn)。

因此，這項(xiàng)研究既解決了這項(xiàng)挑戰(zhàn)，同時(shí)也是實(shí)際的需求。Wang指出，許多太陽能電池由P型半導(dǎo)體聚合物和N型富勒烯衍生物組成。其缺點(diǎn)是成本高、難以合成、與靈活設(shè)備不兼容。高性能的N型半導(dǎo)體聚合物非常有希望克服這些缺點(diǎn)，進(jìn)一步推動聚合物太陽能電池的研究。

研究團(tuán)隊(duì)的方法包括使用新的聚合衍生物和優(yōu)化材料的架構(gòu)。這種方法通過引入能夠與相鄰的氟原子和氧原子形成氫鍵的次亞乙烯基來實(shí)現(xiàn)。為了優(yōu)化反應(yīng)條件，引入次亞乙烯基需要有高超的技術(shù)。

總的來說，合成的材料具有更好的分子結(jié)構(gòu)和更強(qiáng)的強(qiáng)度，這有助于提高電子的遷移率。研究人員證實(shí)，使用掠入射廣角x射線散射技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了只有3.40埃的極短π-π堆積。Michinobu說：“對于有機(jī)半導(dǎo)體聚合物來說，這個(gè)值是最短的。”

還有一些挑戰(zhàn)，他繼續(xù)說，我們需要進(jìn)一步優(yōu)化主干結(jié)構(gòu)。同時(shí)，側(cè)鏈基在決定半導(dǎo)體聚合物的結(jié)晶度方面也發(fā)揮著重要作用。我們?nèi)杂懈倪M(jìn)的空間。Wang 指出，對于聚合物來說，最低未占有分子軌道（LUMO）能級在3.8 eV 到3.9 eV之間。他說：“LUMO能級越深，電子輸運(yùn)就越快越穩(wěn)定。因此，引入sp2-N、氟原子和氯原子的進(jìn)一步設(shè)計(jì)，將有助于實(shí)現(xiàn)更深的LUMO能級。”

未來，研究人員們將打算改善N溝道晶體管的穩(wěn)定性。對于實(shí)際應(yīng)用,例如類似互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）的邏輯電路、全聚合物太陽能電池、有機(jī)光電探測器和有機(jī)熱電器件來說，穩(wěn)定性是一個(gè)非常關(guān)鍵的問題。（工業(yè)和信息化部電子第一研究所  李茜楠）