有机聚合物半导体材料由于其独特的分子结构和弱的范德华作用，赋予其可溶加工和易柔性化的特点，在便携式和可植入式医疗监测设备等方面具有巨大的应用潜力。超柔性、高皮肤共形性和优异空间分辨率的X射线探测器，有望与弯曲物体和运动实体系统集成，实现本征柔性和高灵敏的类皮肤X射线探测器。然而，基于有机聚合物半导体材料的X射线探测器件，在辐照下的稳定性以及图像分辨率较差，给该类器件的应用造成了巨大困扰。

在国家自然科学基金委、科技部以及中国科学院的支持下，化学研究所有机固体院重点实验室刘云圻院士/郭云龙研究员团队等在高性能本征可拉伸有机光电材料和器件方面取得了系列进展，他们优化了电极半导体界面、开发了新的功能材料体系，并实现了低能耗本征柔性光电器件的制备。(Giant, 2021, 7,100060;Adv. Mater.2022,34,2107304;Adv. Mater. 2022,34,2201844. Nat. Commun. 2022,13,7163;Adv. Mater. 2023, 35,2207006;Sci. Bull. 2023, 68,975;Adv. Mater. 2024,36,2305987).

近期，针对目前报道可拉伸有机光电器件操作电压高、稳定性差和集成度低等问题，该团队提出了一种可拆卸界面辅助制备高密度本征可拉伸有机晶体管阵列的新策略。通过在图案化光刻胶上引入氟化锂（LiF）牺牲层以构筑可拆卸界面，从而成功实现了高分辨本征可拉伸电极的可扩展集成。所制备的短沟道（2 μm）可拉伸有机晶体管，具有低的工作电压、高的光电性能和优异的稳定性。最重要的是，基于该短沟道晶体管的可拉伸图像传感器展示出高达10 lp mm^-1的分辨率，并首次实现了百万像素的图像。相比传统光刻技术，该策略提供了一个简单和通用的光电集成平台，对于未来发展高性能有机电子器件和可扩展数字成像技术具有重要意义。相关研究成果近期发表在Nat. Commun.(2024,15,2624.)，文章的共同第一作者为博士生边洋爽、博士生朱明亮，通讯作者为郭云龙研究员。

图1. 用于实现稳定、低压可拉伸有机晶体管和高分辨X射线成像的可拆卸界面策略

近期，他们应邀在《国家科学评论》“用于集成电路的新兴材料和晶体管”专题发表评述论文，就高迁移率半导体材料和功能融合机械(可拉伸性)、光学(发光&光图案化)和热学(热电转换)等特性的分子设计进行了总结，系统分析了功能化高迁移率聚合物半导体的最新进展，并提出当前挑战和未来方向（Natl. Sci. Rev., 2024,11, nwad253.）。文章的第一作者为博士生朱明亮，通讯作者为郭云龙研究员和刘云圻院士。

图2. 多功能集成的高迁移率有机聚合物半导体分子材料  

有机固体院重点实验室

2024年4月3日