場(chǎng)效應(yīng)晶體管是電子學(xué)的基本元件。有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管由于其在柔性、大面積、低成本的電子紙、射頻商標(biāo)和存儲(chǔ)器件等方面的潛在應(yīng)用而受到人們的廣泛關(guān)注，是有機(jī)半導(dǎo)體材料和器件研究領(lǐng)域中的重要前沿方向之一。在中國(guó)科學(xué)院（先導(dǎo)B）、國(guó)家自然科學(xué)基金委和科技部的大力支持下，中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所有機(jī)固體重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和相關(guān)單位合作，最近在高性能、柔性和噴墨打印高分辨率有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的研究方面取得新進(jìn)展，有關(guān)結(jié)果均發(fā)表在Adv. Mater.上。  

　　1.低操作電壓、高遷移率柔性有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管

    目前，高性能聚合物場(chǎng)效應(yīng)晶體管的操作電壓一般都較高（60伏左右），而且大多都制備在玻璃、硅片等剛性襯底上，這就在很大程度上限制了有機(jī)材料本該展現(xiàn)的柔性。為此，他們與中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)相關(guān)人員合作，采用高介電常數(shù)的聚乙烯醇（PVA）輔以自組裝單層膜修飾作為絕緣層，該實(shí)驗(yàn)室自己設(shè)計(jì)合成的聚合物半導(dǎo)體材料（PDVT-10，結(jié)構(gòu)式見(jiàn)圖1左上）作為活性層，在柔性襯底聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET）上制備出了低操作壓、高遷移率的柔性場(chǎng)效應(yīng)晶體管（圖1左下）。研究結(jié)果表明，晶體管的操作電壓低于3伏，遷移率高達(dá)11.0 cm2 V−1 s−1。該遷移率是目前所報(bào)道的低壓柔性場(chǎng)效應(yīng)晶體管的最高值。同時(shí)，他們還研究了其光熱傳感性能，可望在電子眼和電子皮膚等方面獲得應(yīng)用。該研究成果發(fā)表在《先進(jìn)材料》上(Adv. Mater., 2014, 26, 3631)，并被選為雜志封面（圖1右）。

圖1 低操作電壓、高遷移率柔性有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管

　　2.噴墨打印技術(shù)加工亞微米溝道有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管

    類(lèi)似于光刻技術(shù)在微電子學(xué)的作用和地位，噴墨打印技術(shù)有可能在有機(jī)電子學(xué)的發(fā)展中成為關(guān)鍵的加工技術(shù)。然而分辨能力低（50~100微米）常常被認(rèn)為是制約噴墨打印技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)瓶頸，因?yàn)閳?chǎng)效應(yīng)晶體管的溝道長(zhǎng)度L決定了其開(kāi)關(guān)速度，源漏電流大小以及工作頻率的上限等。早在2012年，有機(jī)固體實(shí)驗(yàn)室的相關(guān)研究人員利用咖啡環(huán)效應(yīng)，開(kāi)創(chuàng)了一種“咖啡環(huán)平面印刷術(shù)”，成果地制備了溝道長(zhǎng)度1~2微米的石墨烯電極（Adv. Mater., 2012, 24, 436）。最近，他們認(rèn)真分析、研究了影響溝道長(zhǎng)度L的各種因素，總結(jié)、推導(dǎo)出了一個(gè)公式。據(jù)此，他們通過(guò)噴墨打印技術(shù)，在襯底上對(duì)超薄的聚甲基丙烯酸甲酯層（2~3 納米）進(jìn)行溶劑蝕刻，隨后金屬淀積和溶脫剝離，成功開(kāi)發(fā)了一種低成本、大批量、穩(wěn)定地制備亞微米聚合物晶體管電極的技術(shù)方法（圖2左上）。  

　　這種新技術(shù)相比該領(lǐng)域已有成果，具有不需要光刻預(yù)先圖案化，不需要有機(jī)硅烷修飾襯底，通過(guò)一個(gè)較大口徑的打印機(jī)噴頭（50 微米），即可加工溝道長(zhǎng)度為700 納米（圖2左下）的場(chǎng)效應(yīng)晶體管等優(yōu)勢(shì)。應(yīng)用此技術(shù)，他們以聚合物半導(dǎo)體 PDPPTzBT 材料為活性層，大量地構(gòu)筑了平均遷移率達(dá)1.2 cm2 V-1 S-1的聚合物晶體管。另外他們還發(fā)現(xiàn)該晶體管的光響應(yīng)度高達(dá)106 A W-1。相關(guān)結(jié)果發(fā)表于近期的《先進(jìn)材料》上（Adv. Mater. 2014, 26, 4683），并被選為雜志封底（圖2右）。  

圖2  噴墨打印技術(shù)加工亞微米溝道有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管