空气稳定的柔性单分子层自组装场效应晶体管的制备及性能研究

Due to its attractive properties such as low cost, light weight, flexibility, transparency and large area manufacturing compatibility, organic field effect transistor (OFET) has been an emerging technology. Compared with the traditional process of fabricating organic device, mono-layer molecular self-assemble OFET is a challenging subject and represents the development direction of OFET, especially the realization of air-stable OFET. Based on our previous work, we aim at the basic problem of mono-layer molecular self-assemble OFET, such as the soluble conjugated organic small molecule/polymer functional materials. The project will study the interface of the device, the flexibility and the stability of the device, and then study the main technology of the integration and realization of simple logic circuit such as CMOS inverter and so on. We will study the technology and characterization of mono-layer molecular self-assemble OFET device systematically.

作为有机光电器件的重要组成部分，有机场效应晶体管（OFET）以其质柔、轻、薄、低成本的独特优势和广阔的应用前景成为目前有机光电子学的研究前沿和热点。单分子层自组装有机场效应晶体管特别是在空气中的单分子层OFET 的发展要求，是OFET 的挑战性课题并代表了OFET 的发展方向。申请人将在已有的工作基础上，针对单分子层自组装有机场效应晶体管制备面临的基本科学问题，以可组装共轭有机小分子、聚合物半导体材料为研究载体，以研究柔性单分子层自组装有机场效应晶体管的界面科学、器件柔性化和制备空气中稳定的器件为切入点，以空气中稳定的单分子层自组装有机场效应晶体管的制备及性能研究为目标，对单分子层自组装有机场效应晶体管展开全面研究。本项目将基础问题研究和器件制备技术探索相结合，研究并解决单分子层自组装有机场效应晶体管面临的重要科学问题，为OFET 的进一步发发展与低成本应用

项目执行期间，课题组主要从空气中稳定的有机小分子材料着手，在分子材料组装，器件制备工艺及性能优化，分子器件集成及应用几个方面开展了相关的工作。在有限的条件下，解决了一部分空气中稳定的半导体材料的组装及器件制备的相关问题。主用工作进展体现在三个方面（1），在单分子材料筛选方面，筛选出了两种适宜于单分子层器件的材料，P型的磷酸烷基苯并噻吩和N型的磷酸烷基苝四酰胺，通过器件制备及工艺优化，获得了比较稳定的単分子层的器件；（2）结合有机半导体材料和二维半导体材料二硫化钼系统研究了有机半导体材料和二硫化钼之间的电荷转移作用，在此基础上研究了单层气体分子吸附的效应；（3）以有机半导体材料和金属电极之间的相互作用为入手点，研究了高性能的底接触有机场效应晶体管，并进一步研究了単分子层材料修饰金属电极的方式对空气稳定的有机场效应晶体管器件的制备及性能优化。此外，基于以上工作为基础，研究了単分子层材料的修饰在硅基太阳能电池方面的应用，为高效低成本太阳能电池的制备提供了技术支持。