image: 以C10-DNTT为代表的烷基化有机半导体分子及其晶体管结构示意图。分子两侧的绝缘烷基链通过共价键与中间的共轭半导体骨架相连，该设计在分子尺度实现了半导体与介电层的集成构筑，减少了传统半导体/介电层异质界面产生的缺陷和漏电流，从而实现兼具高运行稳定性和低电压操作的有机场效应晶体管。 view more
Credit: ©Science Bulletin
有机场效应晶体管（OFET）是柔性电子领域的核心元器件，在柔性显示、可穿戴设备、智能传感器和电子皮肤等方面具有广阔应用前景。然而，在实际应用过程中，传统有机场效应晶体管OSC/介电层异质界面由于存在大量缺陷，导致器件运行稳定性受到影响。
针对这一问题，天津大学研究团队提出了一种“共价桥接有机半导体/介电层界面工程”策略。将介电层功能融入含烷基链有机半导体分子之中。巧妙利用烷基化有机半导体分子中的绝缘烷基链，使其在作为半导体分子结构组成部分的同时兼具介电层功能，从而有效减少OSC/介电层异质界面产生的缺陷。研究团队以烷基化DNTT分子为研究对象验证了这一设计思路。实验结果表明，绝缘烷基链能够有效抑制器件漏电流，同时保持良好的电荷传输能力，且烷基链极大程度的减小了绝缘层厚度，为低压器件的制备创造了条件。理论计算、器件测试和模拟结果进一步证明，这种分子级界面工程显著降低了界面陷阱态密度，提高了界面质量和器件稳定性。
基于该策略构建的C10-DNTT有机晶体管展现出优异性能。器件可在低至-1V的电压下工作，且持续偏压工作10000 s后，仍能保持超过96%的初始电流。研究人员进一步利用该晶体管构建有机逻辑电路，所制备的反相器在2.5 V供电电压下可实现127.6的电压增益和95.3%的噪声容限，同时信号延迟时间仅为50 µs。经过50次连续循环测试后，其性能没有明显变化，表现出优异的电路稳定性。
该工作从分子设计层面为解决有机电子器件中的界面缺陷问题提供了新的思路，突破了低电压运行与高工作稳定性难以兼顾的技术瓶颈。未来，该技术有望应用于可穿戴健康监测设备、电子皮肤、智能传感器以及新一代低功耗有机集成电路等领域，为柔性电子技术的发展提供新的支撑。