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  有機(jī)場效應(yīng)晶體管（OFETs）是有機(jī)電路的基本構(gòu)筑單元，是實(shí)現(xiàn)下一代變革性柔性顯示技術(shù)、新型光電子集成系統(tǒng)、大規(guī)模互補(bǔ)集成電路的器件基元。有機(jī)半導(dǎo)體的有序分子堆積可以使有機(jī)共軛分子沿電極方向最大程度的重疊，從而提高載流子的傳輸效率，提升有機(jī)場效應(yīng)晶體管器件性能。但是，如何實(shí)現(xiàn)有機(jī)半導(dǎo)體的高擇優(yōu)取向加工以及有機(jī)場效應(yīng)晶體管的高質(zhì)量、高效率制造仍然面臨挑戰(zhàn)。

  近期，大連理工大學(xué)王大志教授團(tuán)隊(duì)與中科院化學(xué)所劉云圻院士、郭云龍教授團(tuán)隊(duì)合作，發(fā)展出鞘液聚焦電流體噴印技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了PDVT-10、N2200、IDT-BT、F8BT等系列有機(jī)聚合物半導(dǎo)體微納陣列結(jié)構(gòu)的大面積高效率噴印制造，獲得了有機(jī)聚合物半導(dǎo)體線性陣列、蜿蜒陣列等結(jié)構(gòu)，特征尺寸達(dá)90nm，并在PDMS、PI等柔性襯底上實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定、可靠制造（圖1）。這項(xiàng)技術(shù)為加快柔性電子、有機(jī)器件的應(yīng)用進(jìn)程開辟了創(chuàng)新可行加工途徑。 

  采用二維掠入式寬角X 射線衍射（2D-GIWAXS），對比分析了旋涂薄膜和噴印亞微米線的分子結(jié)構(gòu)，結(jié)果表明：通過傳統(tǒng)旋涂方式制備的PDVT-10薄膜在面內(nèi)和面外方向均存在（010）衍射峰，說明其內(nèi)部為face-on和edge-on的兩種排列方式并存的混合堆積模式；采用鞘液聚焦電流體噴印的亞微米線僅在q_y = 1.7~ 1.8 ?處有一個（010）衍射峰，可以推斷出亞微米線內(nèi)部主要是以edge-on模式排列，且排列方向和亞微米線長軸平行，這種排列方式可以使聚合物分子更垂直地站立于基底上，減少載流子俘獲進(jìn)而大幅提升有機(jī)場效應(yīng)晶體管的遷移率，面內(nèi)和面外的一維積分結(jié)果同樣證實(shí)了以上結(jié)論（圖2）。電學(xué)測試結(jié)果表明：基于噴印制造的有機(jī)半導(dǎo)體亞微米線場效應(yīng)管，在空氣中表現(xiàn)出1.9 cm² V^-1 s^-1平均遷移率，是相同條件下薄膜有機(jī)場效應(yīng)管的5倍。此外，通過控制噴印亞微米線的數(shù)量，可以實(shí)現(xiàn)器件開態(tài)電流峰值的按需調(diào)控（圖3）。這項(xiàng)工作展示了鞘液聚焦電流體噴印技術(shù)在有機(jī)半導(dǎo)體材料及其高端器件的高性能制造能力和廣闊應(yīng)用前景。 

  原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-022-34015-z

  下載：Large area polymer semiconductor sub-microwire arrays by coaxial focused electrohydrodynamic jet printing for high-performance OFETs