复旦大学二维共轭材料与器件实验室
暨 高分子科学系魏大程课题组
Two Dimensional Conjugated Material and Device Laboratory & Wei's Group @ Fudan University

《Adv Electron Mater》魏大程课题组开发有机场效应晶体管原位电极修饰技术

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  在有机场效应晶体管中,金属电极与有机半导体之间的界面是影响载流子传输的关键因素之一。多数情况下,界面接触势垒会造成显著的接触电阻并影响器件性能。研究中通常使用昂贵的黄金作为金属电极以降低接触电阻,然而其高昂的价格阻碍了其实际应用。如果采用廉价的金属银和铜并使用工业生产中常见的底电极接触,接触电阻会显著增加。因此,如何改善界面接触成为这些廉价金属能否实际应用的关键。常见的方法包括修饰自组装单分子层或是在界面插入一层石墨烯,但这些方法需要在溶液或高温条件下进行,不利于实现绿色高效修饰,还有可能破坏铜、银电极的形貌,造成电极污染。开发一种简便、原位、洁净、非破坏的铜银电极界面修饰方法至关重要。


    复旦大学高分子科学系魏大程课题组针对这一问题,开发了一种在器件制备所使用的高真空热蒸镀镀膜机内修饰的方法,可以在高真空环境下同时完成电极制备、电极修饰以及半导体层制备过程,避免了外界因素的影响。该方法选用了适宜蒸镀工艺的溴代卟啉分子,以图案化的铜银金属电极作为催化剂,借助表面聚合反应,使溴代卟啉在电极表面直接发生偶联。由于该反应需要铜、银催化,当卟啉在金属表面反应后,后续蒸镀的分子不再发生反应,而沟道部分由于没有催化剂的存在,因此可以通过加热将沟道部分以及电极表面多余的分子除去,随后可以直接进行半导体层的蒸镀制备,完成整个器件制备过程。实验结果表明,所修饰的分子层厚度在1.1nm左右,为分子尺度厚度的二维聚卟啉薄膜。经过该方法修饰的并五苯有机场效应晶体管,其迁移率最高可达0.93 cm2V-1s-1,不仅优于其它大多数方法,甚至可与修饰后的金电极器件相媲美(~1 cm2V-1s-1)。


    研究者相信,该项研究为低价铜、银金属在有机场效应晶体管中的应用提供了一种理想的修饰技术。相关论文以题为“Inner-EvaporatorModification of Low-Cost Metal Electrodes of Organic Field-Effect Transistorsby 2D Polyporphyrin”发表在Advanced Electronic Materials(DOI:10.1002/aelm.201900447)上。


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