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  近日，南方科技大學(xué)材料科學(xué)與工程系副教授郭旭崗課題組在單極性n-型有機(jī)薄膜晶體管方向取得重要進(jìn)展，該成果發(fā)表在材料領(lǐng)域頂級期刊《先進(jìn)材料》(Advanced Materials, 影響因子：19.791)，論文題目為“Thiazole Imide-Based All-Acceptor Homopolymer: Achieving High-Performance Unipolar Electron Transport in Organic Thin-Film Transistors”。 郭旭崗課題組實(shí)驗(yàn)員史永強(qiáng)和研究助理教授郭晗為論文共同第一作者，本科生王雨倫（現(xiàn)為美國石溪大學(xué)博士生）負(fù)責(zé)完成理論計(jì)算，香港中文大學(xué)教授路新慧實(shí)驗(yàn)室對材料進(jìn)行同步輻射表征。

  高性能n-型有機(jī)半導(dǎo)體材料對于有機(jī)電子領(lǐng)域的發(fā)展不可或缺，其中n-型聚合物材料大多采用給體-受體（donor-acceptor）結(jié)構(gòu)�；诮o體-受體聚合物的有機(jī)薄膜晶體管電子遷移率較高，但普遍表現(xiàn)出雙極性特征并帶來器件關(guān)電流偏大（>10?8 A）和電流開關(guān)比偏低（<105）的問題。其根本原因在于給體-受體材料中富電子給體單元的存在使得聚合物前沿軌道能級較淺并且?guī)镀娮雍涂昭ǘ驾^容易注入因而器件不能正常關(guān)閉。為了有效抑制空穴注入，全受體（all-acceptor）結(jié)構(gòu)是較為理想的解決方案，其在實(shí)現(xiàn)單極性n-型有機(jī)薄膜晶體管方面有顯著優(yōu)勢。由于大體積缺電子受體單元帶來的空間位阻問題和合成上的挑戰(zhàn)，全受體聚合物的發(fā)展相對滯后并且晶體管電子遷移率較低，一般在0.1 cm2 V-1 s-1以下。研發(fā)具有更優(yōu)結(jié)構(gòu)的新穎缺電子受體單元對于n-型全受體聚合物的性能提升至關(guān)重要。

  郭旭崗課題組設(shè)計(jì)并成功合成了兩種新型噻唑酰亞胺缺電子受體單元,并在其基礎(chǔ)上得到全受體類型均聚物PDTzTI（圖1a）。單晶XRD分析表明，DTzTI單體中存在S…N非共價(jià)鍵相互作用因而平面性較好，單體間的π堆積也非常緊密，非常適合構(gòu)建全受體聚合物。噻唑酰亞胺的強(qiáng)拉電子能力也使得聚合物的前沿軌道能級較低，有利于晶體管中電子注入并提升器件穩(wěn)定性，同時(shí)抑制空穴注入和降低器件關(guān)電流�；赑DTzTI的有機(jī)薄膜晶體管器件表現(xiàn)出優(yōu)異的單極性n-型輸運(yùn)性能（圖1b）。晶體管電子遷移率達(dá)到1.6 cm2 V-1 s-1，關(guān)電流僅為10-10-10-11A，因而電流開關(guān)比高達(dá)107-108。該遷移率是全受體均聚物材料中的最高紀(jì)錄，同時(shí)在晶體管關(guān)電流和開關(guān)比性能上顯著優(yōu)于常見給體-受體共聚物材料，表明全受體結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)單極性n-型聚合物材料的有效途徑,為新型受體單元和單極性n-型材料的設(shè)計(jì)提供重要參考依據(jù)。

  該項(xiàng)研究得到了國家自然科學(xué)基金、深圳市孔雀團(tuán)隊(duì)、深圳市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等項(xiàng)目支持。

  論文鏈接：http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201705745/full