在中国科学院、科技部、国家自然科学基金委的支持下，化学所有机固体院重点实验室相关研究人员在有机场效应晶体管的研究方面取得新进展，相关结果发表在Adv. Mater.上。 

　　柔性是有机电子电路相对于传统硅基电子产品的一个独特优点。为了充分发挥有机半导体材料固有的柔性优势，科学家们已经对有机器件结构进行了很多创新性研究。目前，通过采用超薄塑料衬底以及其它技术手段，有机场效应晶体管的最小弯曲曲率半径已经降低到100微米。最近，有机固体实验室相关研究人员成功地将有机场效应晶体管的柔性指标——弯折曲率半径又降低了一个数量级，达到5微米。 　　

   对于给定的薄膜晶体管，在弯曲状态下器件的表面张力与器件的厚度成正比，这就是说器件越薄，在同等条件下的弯曲稳定性就越高。2010年，该研究团队曾经开发出一种水浮法层合技术(Adv. Mater., 2010, 22, 3537)，可以用于超薄自支撑介电层的制备。他们采用这种技术，又制备了超薄介电层支撑的整个器件和电路，其总体厚度可以降低到320纳米。打个比喻，280层这样的自支撑电路叠在一起，其厚度仅相当于一张百元人民币的厚度。这是目前世界上最薄的自支撑有机场效应晶体管。9′9厘米的器件阵列重量仅4.6毫克，相当于每平方米0.57克。 

　　在实验中，如何方便可靠地对这种超柔器件进行弯曲状态下的电学测试成为一个技术难点。刀刃是日常生活中常见的表面弯曲曲率半径最小的物品，研究人员尝试将制备好的超薄器件贴在刀片的刀刃处（图1左），器件性能在刀刃处弯曲前后基本保持不变，展示了优异的弯曲稳定性。经过电镜校正，器件的弯折曲率半径可以降低到5微米。这也刷新了有机场效应器件的弯折稳定性的纪录。 

　　该研究工作的另一个亮点是大面积、超薄的有机电路制备和转移。基于两种有机半导体互相配合，他们制得了互补型倒相器和五阶环形振荡器，并成功地将它转移到百元人民币的表面上，互补型倒相器和五阶环形振荡器都能正常工作（图1右）。在以前的工作中，这种“钱币上的电子学”都是基于原位制备，在钞票表面逐层沉积电子电路的功能层。他们提出的新方法将电路制备与转移过程分开，大幅度的降低了制备过程中的复杂程度，为钱币的防伪技术提供了新的技术支撑。该结果发表在Adv. Mater.上（2013, 25, 5791）。Wiley的Materials Views (中国)网站报道了该研究成果。 

　　图1  左： 表面覆盖320纳米有机场效应晶体管的刀刃的扫描电镜照片，插图为侧视图。右：自支撑的五阶环形振荡器和转移到百元人民币衬底上照片。 

　　Adv. Mater.为庆祝其创刊25周年，组织了“AM25”特刊，课题组应邀撰写了题为 “Recent advances in n-type and ambipolar organic field-effect transistors” 的综述 (Adv. Mater., 2013, 25, 5372)。该综述总结了近年来n-型，双极性有机半导体材料的设计、合成，及高性能有机场效应晶体管的制备与性能研究，探讨了化学结构、凝聚态结构与性能之间的关系，指出了尚存在的科学问题及今后发展的方向。 

　　有机固体院重点实验室 

　　2014年1月3日