化學(xué)所光調(diào)控有機高分子半導(dǎo)體性能研究獲進展

基于有機高分子半導(dǎo)體的場效應(yīng)晶體管具有柔性、價廉、質(zhì)輕、可大面積制備等優(yōu)勢，可廣泛應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)智能電子器件及生物可穿戴器件等領(lǐng)域，近年來得到了研究與關(guān)注。為此，人們研究了一系列高性能的p-型、n-型和雙極性有機高分子半導(dǎo)體。同時，具有多種功能以及性能可調(diào)的有機半導(dǎo)體場效應(yīng)器件也得到了越來越多的重視。這些多功能場效應(yīng)器件通常使用對特定外場刺激具有響應(yīng)的有機小分子及聚合物材料，從而在特定外場刺激下實現(xiàn)場效應(yīng)性能的調(diào)控。

光作為清潔、易得的遠程調(diào)控手段，受到了研究者的青睞。光調(diào)控場效應(yīng)晶體管是指使用光作為外場刺激手段，構(gòu)建器件性能可調(diào)控的晶體管，通常通過引入光致變色分子的策略來實現(xiàn)，大多采用物理摻雜方法，存在著相分離、穩(wěn)定性等問題。

在國家自然科學(xué)基金委員會和中國科學(xué)院的支持下，中科院化學(xué)研究所有機固體實驗室研究員張德清課題組首次將偶氮苯基團引入有機高分子半導(dǎo)體的側(cè)鏈，發(fā)現(xiàn)可以通過紫外、可見光照可逆調(diào)控半導(dǎo)體薄膜的結(jié)晶性，進而可逆調(diào)控其半導(dǎo)體性能，并表現(xiàn)出光響應(yīng)速度快和器件穩(wěn)定性好的優(yōu)點（Advanced Functional Materials）。在此基礎(chǔ)上，研究人員進一步設(shè)計合成了側(cè)鏈含有吡唑偶氮苯單元（pAzo）的共軛給受體聚合物PDPYA，協(xié)同使用納米粒子NaYF4:Yb,Tm的上轉(zhuǎn)換效應(yīng)和共軛骨架的光熱效應(yīng)，構(gòu)建出近紅外光（980/808 nm）可逆調(diào)控的有機場效應(yīng)晶體管，并表現(xiàn)出更優(yōu)異的光穩(wěn)定性，器件電流在經(jīng)過100次循環(huán)光照后，無明顯衰減。此外，由于順式構(gòu)型的吡唑偶氮苯具有較高穩(wěn)定性，該器件在980 nm光照射后，器件性能可以在暗處穩(wěn)定保持長達120天。這些優(yōu)點使得該體系在記憶器件等方面具有潛在的應(yīng)用價值（Angewandte Chemie International Edition）。

化學(xué)所光調(diào)控有機高分子半導(dǎo)體性能研究獲進展

科研人員進一步在有機高分子半導(dǎo)體側(cè)鏈中引入了兩種不同結(jié)構(gòu)的偶氮苯基團，即吡唑偶氮苯（pAzo）和tetra-ortho-methoxy-substituted azobenzene (mAzo)，設(shè)計合成了有機高分子半導(dǎo)體POMPYA，實現(xiàn)了通過560 nm、365 nm、470 nm三種波長光照對基于POMPYA薄膜的場效應(yīng)晶體管器件性能的可逆調(diào)控，并可依次達到三重穩(wěn)定的電導(dǎo)態(tài)。其原理如下：mAzo的可逆順反異構(gòu)化可以通過560 nm、365 nm、470 nm的光照進行；pAzo的反式到順式的轉(zhuǎn)化可以通過365 nm光照進行，而560 nm光照不能驅(qū)動順反異構(gòu)化反應(yīng)。因此，兩種偶氮苯基團（mAzo和pAzo）的反式到順式異構(gòu)化可以通過560 nm和365 nm的光照依次引發(fā)。GIWAXS數(shù)據(jù)分析表明mAzo及pAzo的順反異構(gòu)可以調(diào)節(jié)POMPYA薄膜的結(jié)晶性?；赑OMPYA薄膜的場效應(yīng)器件的性能可通過560 nm、365 nm和470 nm光照下的mAzo及pAzo依次順反異構(gòu)化來進行可逆調(diào)控，從而依次達到三重穩(wěn)定的導(dǎo)電狀態(tài)，而且三種狀態(tài)間可以通過特定波長的光照進行可逆轉(zhuǎn)換。通過使用560 nm、365 nm 和470 nm光照作為輸入信號，器件電流IDS作為輸出信號，器件電流IDS隨光照的變化可以模擬三值邏輯門的功能，為構(gòu)建光調(diào)控的多重穩(wěn)態(tài)有機場效應(yīng)晶體管提供了新思路（Advanced Materials）。

化學(xué)所光調(diào)控有機高分子半導(dǎo)體性能研究獲進展

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