目前,业界对薄膜中分子取向的起源还知之甚少。 针对这一问题,微电子所刘明院士和李蒙蒙研究员团队基于高迁移率的PffBT4T聚合物体系,系统研究了溶液和加工温度对薄膜微观结构的影响。

第三代聚合物半导体因其本征柔性及可拉伸性、低温加工工艺、可调谐光电性能、兼容大面积制造等优点,近年来得到了学术界和工业界的广泛关注。其中,聚合物半导体的固态分子取向对其电荷输运特性至关重要。但是目前,业界对薄膜中分子取向的起源还知之甚少。 

针对这一问题,微电子所刘明院士和李蒙蒙研究员团队基于高迁移率的PffBT4T聚合物体系,系统研究了溶液和加工温度对薄膜微观结构的影响。团队通过小角中子散射测试(SANS)发现聚合物半导体在溶液中存在两种超分子结构:一维蠕虫链状结构和二维层状结构。同步辐射测试(GIWAXS)表明在一维结构溶液制备的薄膜中的分子垂直于衬底排列(edge-on),在二维结构溶液制备的薄膜中的分子平行于衬底排列(face-on)。前者有利于薄膜晶体管中的电荷输运,最终使相应器件的迁移率提升了近1个数量级。为进一步验证该发现的普适性,团队还对多种半导体材料进行了表征测试,均得到了一致结论。该研究揭示了聚合物半导体成膜过程中的微观结构和分子取向的起源,为制备高性能柔性电子器件提供了新思路、新方案。 

该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金及中科院战略重点研究计划项目的支持。研究结果以“Determinant role of solution-state supramolecular assembly in molecular orientation of conjugated polymer films”为题发表在近期的Advanced Functional Materials上(DOI: 10.1002/adfm.202209195)。研究生邓军扬为论文第一作者,李蒙蒙研究员为通讯作者。 

论文链接: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202209195;

       https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsapm.1c01676 

 

聚合物半导体薄膜中分子排列的起源机制 

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