西安交大科研人員在有機絕緣駐極體薄膜研究領(lǐng)域取得重要進展
場效應(yīng)晶體管(Field Effect Transistor, FET)是芯片與集成電路的基本單元,由金屬電極、半導(dǎo)體電荷傳輸層和絕緣電介質(zhì)層三部分組成。近年來,電氣設(shè)備和電子產(chǎn)品小型化、輕量化、智能化的發(fā)展趨勢對FET等基礎(chǔ)電學(xué)元器件提出了向高性能、微型化、高頻化和柔性化發(fā)展的需求。進入21世紀(jì)后,隨著多種具有共軛π鍵體系聚合物和小分子的合成,有機半導(dǎo)體材料的優(yōu)良電荷傳輸特性已被較為充分地發(fā)掘,分子結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的匱乏導(dǎo)致半導(dǎo)體材料電荷傳輸性能難有跨越式的提升。基于這種現(xiàn)狀,西安交通大學(xué)魯廣昊教授課題組將研究重點轉(zhuǎn)向絕緣電介質(zhì)層,通過充分挖掘絕緣介質(zhì)帶電特性形成可控的柵極補償電場,實現(xiàn)FET半導(dǎo)體層電荷傳輸?shù)恼{(diào)控并提高器件性能。近日,前沿院魯廣昊教授課題組與電氣學(xué)院李盛濤教授課題組、理學(xué)院張志成教授課題組、中科院長春應(yīng)用化學(xué)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(guī)4-氟代聚苯乙烯(Poly(4-fluorostyrene),F(xiàn)PS)。該聚合物具有較高的深電荷陷阱密度、高擊穿場強、高熱穩(wěn)定性和疏水性,可實現(xiàn)高度穩(wěn)定的駐極體。以FPS薄膜作為柵極介電層,并以C12-BTBT作為半導(dǎo)體層制備的有機場效應(yīng)晶體管具有高達11.2 cm2·V-1·s-1的場效應(yīng)遷移率,高達107的開/關(guān)比和較小的閾值電壓。與廣泛使用的聚苯乙烯相比,F(xiàn)PS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,并具有在空氣環(huán)境中大于一個月的存儲穩(wěn)定性。 該研究成果以“Soluble Poly(4-fluorostyrene): a High-performance Dielectric Electret for Organic Transistors and Memories”為題發(fā)表在國際材料領(lǐng)域權(quán)威期刊Materials Horizons上(影響因子:14.356)。該文第一作者為西安交大前沿院助理教授朱遠惟博士,通信作者為前沿院魯廣昊教授、電氣學(xué)院李盛濤教授和中科院長春應(yīng)化所劉波副研究員。該工作得到了國家自然科學(xué)基金、陜西省自然科學(xué)基礎(chǔ)研究計劃、國家博士后基金、電力設(shè)備電氣絕緣國家重點實驗室中青年基金及校基本科研業(yè)務(wù)費的資助。論文鏈接為:https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/mh/d0mh00203h/unauth#!divAbstract課題組網(wǎng)站:http://gr.xjtu.edu.cn/web/guanghaolu/home
西安交通大學(xué)
2021-04-11