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  大自然與人工的精巧設(shè)計(jì)是很多科學(xué)領(lǐng)域起源與發(fā)展的重要推動(dòng)力。有機(jī)半導(dǎo)體是一類新型半導(dǎo)體材料，在柔性、大面積電子學(xué)領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。目前，科學(xué)家通過精巧的分子設(shè)計(jì)，開發(fā)了數(shù)以萬計(jì)的有機(jī)半導(dǎo)體分子，獲得了豐富的物性。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為分子結(jié)構(gòu)是這些物性的本征起源，但是否存在自然界的其他因素主導(dǎo)著有機(jī)半導(dǎo)體的物性一直未被揭示。

  雜質(zhì)即便在痕量水平下也會(huì)顯著影響半導(dǎo)體的光電性質(zhì)，對(duì)其認(rèn)知和調(diào)控是現(xiàn)代半導(dǎo)體理論體系和應(yīng)用技術(shù)的基石。氧是自然界的重要物質(zhì)，材料和器件的許多性質(zhì)都與之密切相關(guān)。氧長期以來被認(rèn)為是載流子陷阱，會(huì)造成遷移率衰減和穩(wěn)定性問題。這種理解在實(shí)驗(yàn)上來源于傳統(tǒng)的脫氧方法，例如退火和升華。然而，傳統(tǒng)方法純化的有機(jī)半導(dǎo)體內(nèi)是否仍存在痕量氧一直未被證實(shí)，因此，關(guān)于氧的作用以及有機(jī)半導(dǎo)體本征性質(zhì)的研究結(jié)論有待商榷。

  最近，天津大學(xué)分子聚集態(tài)科學(xué)研究院李立強(qiáng)-陳小松課題組揭示了有機(jī)半導(dǎo)體內(nèi)普遍存在痕量（10^{^-15}/cm³）氧，其與有機(jī)半導(dǎo)體相互作用，形成超氧根陰離子自由基和有機(jī)半導(dǎo)體陽離子自由基，這是一種p型摻雜狀態(tài)。有機(jī)半導(dǎo)體內(nèi)的這種電荷轉(zhuǎn)移摻雜所形成的給受體相互作用約為0.1eV，遠(yuǎn)高于常規(guī)有機(jī)半導(dǎo)體分子熱蒸發(fā)所需的能量（~0.05 eV），所以常規(guī)的退火和升發(fā)方法難以清除痕量的摻雜氧。

  研究者開發(fā)了一種基于軟等離子體的無損脫氧方法，成功實(shí)現(xiàn)了有機(jī)半導(dǎo)體中的痕量氧脫附（即去摻雜）。去摻雜后，有機(jī)半導(dǎo)體的場效應(yīng)性質(zhì)發(fā)生顯著衰減，由此揭示出痕量氧摻雜能夠預(yù)先填充禁帶內(nèi)的電荷陷阱，是有機(jī)半導(dǎo)體材料和器件所表現(xiàn)出的p型性質(zhì)的來源。這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)意味著此前大量關(guān)于有機(jī)半導(dǎo)體“本征性質(zhì)”的研究實(shí)際上都是基于“自然摻雜”的材料，該發(fā)現(xiàn)能夠解釋目前有機(jī)半導(dǎo)體領(lǐng)域內(nèi)諸多難以理解的現(xiàn)象，有助于基礎(chǔ)理論體系的完善。

  研究者還開發(fā)了光氧協(xié)同處理再摻雜技術(shù)：將去摻雜的器件置于O₂中光照能夠可控地逆轉(zhuǎn)去摻雜過程，即在去摻雜過程中消失的p型性質(zhì)能夠可控地恢復(fù)，這進(jìn)一步有力地證明了氧是有機(jī)半導(dǎo)體p型性質(zhì)的來源。與之相反， n型性質(zhì)則在去摻雜過程中大幅提高，通過再摻雜后復(fù)原，這也表明痕量氧是有機(jī)半導(dǎo)體電子輸運(yùn)能力受限的關(guān)鍵因素。基于去摻雜和再摻雜技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)于有機(jī)半導(dǎo)體關(guān)鍵電學(xué)性能（如極性、電導(dǎo)率、閾值電壓和遷移率）的無損精確調(diào)控。這項(xiàng)工作擴(kuò)大了有機(jī)半導(dǎo)體材料的可探索性能空間，為其本征光電性質(zhì)和可控?fù)诫s的研究開辟了新思路。