有機薄膜晶體管（OTFTs）在柔性邏輯電路、傳感器、非易失性存儲器等方面表現出巨大的潛在應用。小分子和聚合物溶液共混形成垂直相分離（VPS）結構，可以產生高質量的結晶半導體層和本征且無陷阱的半導體/絕緣體界面。VPS結構的OTFTs具有出色的器件性能、良好的均勻性和可重復性、環境和機械穩定性、可低成本和大面積制造等優勢，因此，有極大的商業化應用潛力。此外，垂直相分離結構也能夠用于制備可本征可拉伸晶體管，其在電學性能和可拉伸性之間表現出良好的平衡性。吉林大學王海波教授與中南大學陽軍亮教授對VPS結構高性能OTFTs的形成機制、優化策略、優秀的器件性能以及在柔性和可拉伸電子學方面的應用進行了詳細介紹。相關綜述以“Vertical Phase Separation Structure for High-Performance Organic Thin-Film Transistors: Mechanism, Optimization Strategy, and Large-Area Fabrication toward Flexible and Stretchable Electronics”為題發表在《Advanced Functional Materials》上。
在這篇綜述中，首先總結了 OTFTs 中 VPS 結構的演變歷史和最新進展。并依次介紹了VPS結構的形成機理以及影響有機薄膜形貌和結構的關鍵參數、不同因素對有機薄膜的形貌和相結構以及相應的器件性能的影響、VPS 結構在 OTFTs 中的優勢，包括低滯后、良好的均勻性和環境穩定性、VPS 結構在柔性和可拉伸電子產品中的應用。VPS結構的OTFTs具有許多獨特的優勢，可能成為OTFTs商業化應用的途徑。
通常，有機小分子的結晶薄膜比聚合物薄膜表現出更高的載流子遷移率。然而，共軛小分子溶液由于分子量低，粘度低，容易在襯底表面脫濕，導致薄膜的不連續性和不均勻性。聚合物由于溶液粘度高和基材潤濕性好，易于制備均勻的薄膜。在小分子溶液中引入聚合物，在溶劑揮發過程中形成具有VPS結構的層狀薄膜，可以很好的改善小分子半導體的溶液加工性并制備得到高質量的結晶半導體層和本征且無陷阱的半導體/絕緣體界面。
圖2.大面積沉積技術示意圖
源自小分子和聚合物的混合物的 VPS 結構OTFTs已經表現出包括高電性能、高器件均勻性、高器件穩定性以及低成本和大面積制造等優異的綜合性能參數，為OTFTs 的實際應用提供了可能性。此外，具有相分離結構的可拉伸 OTFTs 在多次應變循環和偏置應力測試后表現出可忽略不計的退化。混合溶液的 VPS 結構與溶液處理和柔性基板兼容。因此，低成本和大面積的印刷或涂層技術，可用于制造高質量 VPS結構 OTFTs，在柔性、印刷和可拉伸電子產品中具有巨大的應用潛力。VPS結構的OTFTs具有均勻性、再現性和穩定性等諸多優勢，有望克服從實驗室到商業化的轉變中存在的問題，為加速OTFTs的商業化提供解決方案。
原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202202071
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