有机薄膜晶体管的新突破：电子迁移率达到27.8 cm2/Vs

有机场效应晶体管是组成柔软、廉价、可穿戴有机电子器件和设备的基本元件。衡量有机薄膜晶体管性能的重要指标是场效应迁移率。传输空穴的P型晶体管和传输电子的N型晶体管在互补电路中都不可或缺，但N型有机场效应晶体管的发展却长期滞后于P型器件，如何提高N型有机场效应晶体管中电子的场效应迁移率是有机电子学研究中的一个重要问题。香港中文大学化学系的缪谦教授（点击查看介绍）研究组长期致力于设计、合成N型有机半导体材料，为了解决这一难题，他们开发了新颖的界面工程技术来制备高性能的N型有机场效应晶体管。最近，该课题组的研究取得了重要进展，创造了N型有机场效应晶体管电子迁移率的新纪录。

四氮杂并五苯是缪谦课题组研制的一种N型有机半导体材料，电子迁移率高达11.0 cm²/Vs。通过引入不同数量的氟原子和氯原子，能进一步调节四氮杂并五苯的前线分子轨道，分子振动模式以及固体中π-π堆积的方式。博士研究生楚明合成了六种卤代四氮杂并五苯衍生物，并用滴涂或提拉溶液的方法制备了其薄膜晶体管。其中，四氯代衍生物的性能最优，从薄膜晶体管中测得的电子迁移率的平均值为14.9 ± 4.9 cm²/Vs，最大值为27.8 cm²/Vs。这一数值为N型有机场效应晶体管的电子迁移率创造了新的记录，比原纪录高87%。为了深入理解有机半导体的分子结构和电学性质之间的关系，缪谦课题组获得了全部六种卤代四氮杂并五苯衍生物的单晶结构，又与吉林大学的任爱民教授课题组合作，在晶体结构的基础上计算了各衍生物的电子重组能、转移积分及电子迁移率。他们发现氟取代基C-F键的伸缩振动增加了四氮杂并五苯的重组能，而氯取代基则略微降低了重组能。六种卤代四氮杂并五苯衍生物在晶体中都表现出具有砖砌结构的二维π-π堆积，只在π平面之间的相对位移有所不同。计算表明，四氮杂并五苯的电子转移积分对于二维π-π堆积的微小变化非常敏感。六种衍生物中，四氯代衍生物的电子转移积分最高。因此，实验获得电子迁移率的新纪录可以归因于四氮杂并五苯经四个氯原子修饰后引起的重组能降低和电子转移积分的显著增加。该工作发表在Advanced Materials 上。

该论文作者为：Ming Chu, Jian-Xun Fan, Shuaijun Yang, Dan Liu, Chun Fai Ng, Huanli Dong, Ai-Min Ren, Qian Miao

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Halogenated Tetraazapentacenes with Electron Mobility as High as 27.8 cm² V^-1 s^-1 in Solution‐Processed n‐Channel Organic Thin‐Film Transistors

Adv. Mater., 2018, 30, 1803467, DOI: 10.1002/adma.201803467

导师介绍

缪谦

http://www.x-mol.com/university/faculty/44765