復(fù)旦大學(xué)有機(jī)薄膜晶體管(OTFT)穩(wěn)定性獲突破

最新一期的國(guó)際權(quán)威性學(xué)術(shù)期刊《自然-通訊》(NatureCommunications)發(fā)表了復(fù)旦大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院仇志軍與劉冉科研團(tuán)隊(duì)的一項(xiàng)成果，他們?cè)诮沂居袡C(jī)薄膜晶體管(OTFT)性能穩(wěn)定性機(jī)制上取得突破性進(jìn)展。

仇志軍與劉冉科研團(tuán)隊(duì)提出了一種水氧電化學(xué)反應(yīng)與有機(jī)薄膜載流子相互作用的統(tǒng)一理論模型，這一成果有望加速柔性電子領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用。人們?cè)诳苹秒娪爸锌吹降耐该骺蓮澋氖謾C(jī)、透明可收卷的電視，可顯示新聞和天氣的車窗都可成為現(xiàn)實(shí)。

仇志軍10日向記者介紹，在過(guò)去的半個(gè)多世紀(jì)里，以集成電路為基礎(chǔ)的信息技術(shù)引發(fā)了人類生產(chǎn)和生活方式的深刻變革。傳統(tǒng)半導(dǎo)體器件尺寸走向量子極限，很難再有突破性的飛躍。而隨著新型材料研究的深入，基于有機(jī)半導(dǎo)體和納米等材料的柔性大面積電子技術(shù)將得到迅猛發(fā)展。

仇志軍羅列了柔性電子技術(shù)的眾多優(yōu)點(diǎn)：器件可彎曲與伸展，由此可誕生眾多新型應(yīng)用領(lǐng)域；可在柔性和大面積襯底上采用大規(guī)模印刷技術(shù)加工實(shí)現(xiàn)，生產(chǎn)成本低廉；加工設(shè)備工藝簡(jiǎn)單，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染等。但遺憾的是，目前研發(fā)出的有機(jī)薄膜晶體管穩(wěn)定性都很低，科學(xué)家尚未能解決這一問(wèn)題。

仇志軍與劉冉科研團(tuán)隊(duì)則找到了問(wèn)題的源頭。他們發(fā)現(xiàn)，空氣中的水分子(H2O)和氧氣分子(O2)會(huì)與有機(jī)薄膜載流子發(fā)生直接接觸，在電壓作用下會(huì)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。他們給出了一個(gè)形象的比喻：如果把電流比作水，OTFT中的某些雜質(zhì)就像海綿，有時(shí)不斷吸收水分，使水出現(xiàn)斷流；有時(shí)海綿會(huì)突然收縮，擠出大量水，使流量不受控制。如果能控制海綿(雜質(zhì))的數(shù)量和吸水的能力，就能從根本上提高這種材料的穩(wěn)定性。

研究團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，如果對(duì)有機(jī)材料進(jìn)行某種程度的修飾，如采用碳納米管摻雜的有機(jī)半導(dǎo)體材料，就可顯著改善OTFT的電學(xué)性能。經(jīng)過(guò)五年多的不斷嘗試、試驗(yàn)，該科研團(tuán)隊(duì)已成功將有機(jī)薄膜遷移率從10－4cm2/Vs提高到10cm2/Vs左右，增加了四個(gè)數(shù)量級(jí)，接近多晶硅的水平，達(dá)到了可實(shí)用的量級(jí)。

不過(guò)他們也表示，目前原因已經(jīng)找到，解決辦法每個(gè)科學(xué)家都會(huì)不同。如果能大幅提升有機(jī)薄膜晶體管的穩(wěn)定性，未來(lái)的應(yīng)用前景將會(huì)非常廣闊。