NSR|有機半導體介面“傷口”分子修復技術

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導語

在柔性電子時代，高效能有機薄膜電晶體（OTFT）的研發成為關鍵。然而，金屬與有機半導體介面的接觸問題一直是制約其效能的瓶頸。最近，蘇州大學的研究團隊提出了一種創新的分子修飾技術，成功將有機電晶體的效能推向新高度！這項成果不僅解決了長期存在的介面陷阱問題，還實現了近乎理想的電荷傳輸效果。

為什麼金屬-半導體接觸如此重要？

想象一下，電流就像水流，而金屬與半導體的接觸介面就像水管的閥門。如果閥門生鏽（介面陷阱）或口徑太小（高接觸電阻），水流就會受阻。在有機電晶體中，傳統的金屬沉積工藝（如熱蒸發）容易損傷脆弱的有機單晶薄膜表面，導致介面陷阱和費米能級釘扎效應，從而大幅降低器件效能。

分子修復技術的突破

研究團隊巧妙利用一種名為五氟苯硫酚（PFBT）的小分子，透過“原位自發反應”修飾銀電極與有機半導體（C₈-BTBT）的埋入式接觸介面。

分子修飾接觸介面示意圖：PFBT分子遷移至銀電極介面，形成Ag-S鍵並修復陷阱態。

這種“分子修復”具有雙重功效：

降低勢壘：PFBT與銀形成Ag-S鍵，將電極功函式從4.12 eV提升至5.14 eV，使肖特基勢壘高度降低73.3%。
填充陷阱：PFBT的富氟基團作為電子供體，透過電荷轉移填充半導體能隙中的陷阱態，緩解費米能級釘扎。

效能飛躍：資料說話

接觸電阻（R_c）：低至79.7 Ω·cm，比未修飾器件降低16.5倍！

遷移率（μᵣ）：平均可靠遷移率達13.2 cm²V^-1 s^-1，最高值16.1 cm² V^-1s^-1，遠超同類報道。

理想性（r）：平均可靠性因子高達89%，最高值接近100%理想值。

低功耗：閾值電壓近乎零（-0.47 V），亞閾值擺幅低至136 mV/dec，可在-5 V超低電壓下工作。

(a) SC-OTFT的轉移特性；(b) 對應的SC-OTFT輸出特性；(c)飽和遷移率隨V_GS的變化；(d) SS隨I_{DS的變化；}(e) 低V_DS(-5 V) 下SC-OTFT的轉移特性。

為什麼這項技術如此厲害？

1.“透明”接觸：PFBT分子嵌入C₈-BTBT的烷基鏈間，不影響單晶結構，同時不會額外增加通道電阻。

(d) 原始C₈-BTBT單晶薄膜和C₈-BTBT：PFBT共混薄膜熱處理前後的CPOM影像、AFM形貌及相應的(e)XRD圖譜

2. 無需額外工藝：利用PFBT的揮發性和自發性反應，實現溶劑免處理的埋入式介面升級。

3. 普適性強：該技術還可應用於n型半導體和聚合物半導體，展現廣泛適用性。

未來應用前景

這項技術為柔性電子、可穿戴裝置和醫療監測裝置提供了高效能解決方案，其溶液印刷工藝更具備規模化生產潛力。

結語

蘇州大學團隊透過“分子手術”般的精準修飾，大幅提升有機電晶體的效能。這項技術為有機電子器件的理想物理模型實現提供了可行路徑。這項成果發表於《國家科學評論》（National Science Review, NSR），蘇州大學功能奈米與軟物質研究院博士生王永吉為論文第一作者，張曉宏教授、張秀娟教授、鄧巍教授為論文通訊作者。

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