前沿院與電氣學院、理學院、中科院長春應用化學研究所合作在有機絕緣駐極體薄膜研究領域取得重要進展
點擊數:    更新時間:2020/04/28

场效应晶体管(Field Effect Transistor, FET)是芯片与集成电路的基本单元,由金屬電極、半導體電荷傳輸層和絕緣電介質層三部分組成。近年來,電氣設備和電子産品小型化、輕量化、智能化的發展趨勢對FET等基礎電學元器件提出了向高性能、微型化、高頻化和柔性化的發展需求。進入21世紀後,隨著多種具有共轭π鍵體系聚合物和小分子的合成,有機半導體材料的優良電荷傳輸特性已被較爲充分地發掘,分子結構創新的匮乏導致半導體材料電荷傳輸性能難有跨越式的提升。基于這種現狀,西安交通大學魯廣昊教授課題組將研究重點轉向絕緣電介質層,通過充分挖掘絕緣介質帶電特性形成可控的柵極補償電場,實現FET半導體層電荷傳輸的調控並提高器件性能。

近日,前沿院魯廣昊教授課題組與電氣學院李盛濤教授課題組、理學院張志成教授課題組、中科院長春應用化學研究所崔冬梅研究員課題組開展合作,通過自由基聚合合成了一種新型絕緣聚合物分子:無規4-氟代聚苯乙烯(Poly(4-fluorostyrene)FPS。該聚合物具有較高的深電荷陷阱密度、高擊穿場強、高熱穩定性和疏水性,可實現高度穩定的駐極體。以FPS薄膜作爲柵極介電層,並以C12-BTBT作爲半導體層制備的有機場效應晶體管具有高達11.2 cm2·V-1·s-1的場效應遷移率,高達107的開/關比和較小的阈值電壓。與廣泛使用的聚苯乙烯相比,FPS的電子和空穴陷阱密度及陷阱能級均有所上升,帶來6.8×1012cm-2的高帶電量。利用FPS制備的OFET存儲器件可在大于100 V的寬存儲窗口下工作,並具有在空氣環境中大于一個月的存儲穩定性。

該研究成果以Soluble Poly(4-fluorostyrene): a High-performance Dielectric Electret for Organic Transistors and Memories爲題發表在國際材料領域權威期刊Materials Horizons上(影響因子:14.356)。该文第一作者为西安交大前沿院助理教授朱远惟博士,通信作者为前沿院鲁广昊教授、電氣學院李盛涛教授和中科院长春应化所刘波副研究员。该工作得到了国家自然科学基金、陕西省自然科学基础研究计划、国家博士后基金、电力设备电气绝缘国家重点实验室中青年基金及校基本科研业务费的资助。

論文鏈接爲:https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/mh/d0mh00203h/unauth#!divAbstract

課題組網站:http://gr.xjtu.edu.cn/web/guanghaolu/home

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