有机半导体材料因其本征柔性、低成本和可大面积加工等优势,在柔性显示、电子皮肤、智慧医疗及物联网等领域具有广阔的应用前景。然而,有机半导体由于其具有温度依赖性的电荷传输机制以及易受温度影响的形貌演变现象,表现为本征温度敏感。以有机半导体作为导电沟道的有机场效应晶体管,其电学特性及稳定性也极易受到温度效应的影响。因此,实现对温度不敏感的有机场效应晶体管对有机电子设备在实际环境中的应用至关重要。针对温度影响有机半导体形貌演变的问题,天津大学李立强-陈小松团队前期开发的应变工程策略可有效解决(Nat. Commun., 2022, 13,1480; Adv. Mater. 2023, 2306975)。而针对有机场效应晶体管表现出的温度依赖的电荷传输模式,目前仍没有有效的解决办法。实现温度不敏感的有机场效应晶体管仍是巨大挑战。
该工作通过在有机半导体层中掺入微量纳米颗粒,在不影响器件性能的前提下通过改变费米能级随温度的变化趋势有效调控阈值电压随温度的变化情况,使阈值电压与迁移率可以相互补偿,从而在有机场效应晶体管中实现零温度系数点行为。当器件工作于零温度系数点,可实现温度不敏感的源漏电流,有效提高了有机场效应晶体管的温度稳定性。
图1 添加微量纳米颗粒前后的有机场效应晶体管器件模型及相应的电学性能
图2 有机场效应晶体管中零温度系数点行为的机制分析
图3 零温度系数点行为在实现温度不敏感有机场效应晶体管中的应用
论文信息:https://doi.org/10.1002/adma.202400089
Jiannan Qi, Kai Tie, Yue Ma, Yinan Huang, Wenbing Gong, Shougang Sun, Zhongwu Wang, Zhiyun Li, Rong Huang, Jinshun Bi*, Liqiang Li*, Xiaosong Chen* and Wenping Hu, Achieving Zero-Temperature Coefficient Point Behavior by Defect Passivation for Temperature-Immune Organic Field-Effect Transistors. Adv. Mater. 2024, 2400089.
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