日，中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光元件技术与工程部研究团队，在光电薄膜器件的界面工程领域取得重要进展。相关成果以“Liquid-like slippery dielectric surfaces boosting electrical performance of organic field-effect transistors”为题，发表于Applied Surface Science。
场效应晶体管（FET）型光探测器，是柔性电子与神经形态计算等前沿技术的关键器件，其界面特性严重影响器件电性能。传统界面工程使用十八烷基三氯硅烷（ODTS/OTS）分子修饰介电层表面，只聚焦其高静态疏水性，而忽略了动态润湿性对上层半导体薄膜的生长与电荷传输的影响，导致领域内半导体薄膜质量和器件电性能提升空间受限。
本研究创新性地将类液体超滑表面——一类具有超低接触角迟滞的特殊超润湿界面应用于FET器件界面修饰中，替代传统的OTS修饰层，显著提升了器件的载流子迁移率，开辟了界面调控新思路。研究系统探索了类液体超滑表面对Ph-BTBT-12有机半导体薄膜生长与器件性能的调控作用。研究结果表明，超滑表面不仅具备高静态疏水性，更因其优异的滑动性能（动态润湿性），显著促进了镀膜过程中有机半导体分子的有序堆叠，诱导形成大尺寸、高度取向的晶态区域，提升了半导体薄膜层质量（图1）。经热退火后，发生SmE相液晶到晶体的相变，进一步提升半导体层的有序度以及器件的载流子迁移率（图2）。其中一种超滑表面修饰的OFET器件迁移率达3.90 cm2·V–1·s–1，几乎是传统OTS修饰器件的三倍。值得注意的是，即便未经热退火，超滑表面修饰的器件迁移率（2.54 cm2·V–1·s–1）仍显著优于OTS处理器件热退火后的迁移率（1.44 cm2·V–1·s–1）。该研究揭示了表面动态润湿性在调控有机半导体薄膜形貌与晶体结构中的关键作用，为高性能半导体器件的界面设计提供了新思路。
图1.（a）表面动态润湿性能，（b）上层Ph-BTBT-12半导体分子的自组装行为（上：使用类液体超滑表面；下：使用OTS普通疏水表面），以及（c）半导体分子的层层自组装截面高度图。
图2.Ph-BTBT-12半导体分子在超滑表面的（a）组装机理；（b）热退火相变行为（左：XRR曲线；右：相变示意图）
该工作得到了国家自然科学基金等项目的支持。
原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0169433225013029