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　　場效應晶體管是電子學的基本元件。有機場效應晶體管由于其在柔性、大面積、低成本的電子紙、射頻商標和存儲器件等方面的潛在應用而受到人們的廣泛關注，是有機半導體材料和器件研究領域中的重要前沿方向之一。在中國科學院（先導B）、國家自然科學基金委和科技部的大力支持下，化學所有機固體重點實驗室和相關單位合作，最近在高性能、柔性、和噴墨打印高分辨率有機場效應晶體管的研究方面取得重要進展，有關結果均發(fā)表在Adv. Mater.上。

　　低操作電壓、高遷移率柔性有機場效應晶體管。目前, 高性能聚合物場效應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材料本該展現(xiàn)的柔性。為此，他們與中國農業(yè)大學相關人員合作，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，本實驗室自己設計合成的聚合物半導體材料（PDVT-10，結構式見圖1左上）作為活性層，在柔性襯底聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）上制備出了低操作壓、高遷移率的柔性場效應晶體管（圖1左下）。研究結果表明，晶體管的操作電壓低于3伏，遷移率高達11.0 cm2V?1 s?1。該遷移率是目前所報道的低壓柔性場效應晶體管的最高值。同時，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用。該研究成果發(fā)表在《先進材料》上(Adv. Mater., 2014, 26, 3631)，并被選為雜志封面（圖1右）。

圖1 低操作電壓、高遷移率柔性有機場效應晶體管

　　噴墨打印技術加工亞微米溝道有機場效應晶體管。類似于光刻技術在微電子學的作用和地位，噴墨打印技術有可能在有機電子學的發(fā)展中成為關鍵的加工技術。然而分辨能力低（50~100微米）常常被認為是制約噴墨打印技術應用的一個瓶頸，因為場效應晶體管的溝道長度L決定了其開關速度，源漏電流大小以及工作頻率的上限等。早在2012年，有機固體實驗室的相關研究人員利用咖啡環(huán)效應，開創(chuàng)了一種“咖啡環(huán)平面印刷術”，成果地制備了溝道長度1~2微米的石墨烯電極（Adv. Mater., 2012, 24, 436）。最近，他們認真分析、研究了影響溝道長度L的各種因素，總結、推導出了一個公式。據(jù)此，他們通過噴墨打印技術，在襯底上對超薄的聚甲基丙烯酸甲酯層（2~3 納米）進行溶劑蝕刻，隨后金屬淀積和溶脫剝離，成功開發(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方法（圖2左上）。

　　這種新技術相比本領域已有成果，具有不需要光刻預先圖案化，不需要有機硅烷修飾襯底，通過一個較大口徑的打印機噴頭（50 微米），即可加工溝道長度為700 納米（圖2左下）的場效應晶體管等優(yōu)勢。應用此技術，他們以聚合物半導體 PDPPTzBT 材料為活性層，大量地構筑了平均遷移率達1.2 cm2 V-1 S-1的聚合物晶體管。另外他們還發(fā)現(xiàn)該晶體管的光響應度高達106 A W-1。相關結果發(fā)表于近期的《先進材料》上（Adv. Mater. 2014, 26, 4683），并被選為雜志封底（圖2右）。

圖2  噴墨打印技術加工亞微米溝道有機場效應晶體管