聚合物场效应晶体管因其具有溶液可加工性、机械柔韧性和可拉伸性等优点，在电子皮肤、柔性显示等方面展现了重要的应用前景。然而，大多数聚合物场效应晶体管表现出非理想的“双斜率”传输特性，这不仅会导致聚合物材料本征特性提取的不准确性，也严重阻碍了聚合物材料的实际应用。
最近，东北师范大学物理学院汤庆鑫教授课题组发现聚合物薄膜和衬底之间的界面应变对于聚合物场效应晶体管的“双斜率”传输特性起着至关重要的作用。有趣的是，他们还发现通过一步剥离策略可以成功地释放薄膜中的应变，消除晶体管中的“双斜率”现象。与此同时，这种剥离策略可以摆脱刚性衬底的限制，从而使器件具有机械柔/弹性。因此制备的聚合物器件展现出优异的电学性能、出色的贴合性，并且能够稳定的驱动OLED。
聚合物薄膜中的应变
聚合物薄膜中的应变随制备过程的演化
根据掠入射XRD的直接证据，他们发现应变确实存在于聚合物薄膜中，并且与制造过程密切相关，还可以通过简单的一步剥离策略有效地消除此应变。
一步剥离策略制备理想晶体管
器件剥离前后的示意图及场效应性能曲线
他们利用薄膜分子距离随制备过程改变这一事实，开发了一步剥离策略来调节沟道内的载流子传输特性，从而消除器件中的“双斜率”行为。器件从刚性衬底上剥离后，“双斜率”行为可以有效地转换为近乎理想的P型行为，具有随栅压不变的迁移率，接近零的阈值电压、以及较高的电流开/关比。
原因探究
器件剥离前后的接触电阻
释放应变后，器件“双斜率”现象的明显改善并非来自电极/聚合物半导体界面的接触电阻改变，而是源于聚合物半导体薄膜中沟道电阻的增加，降低了接触电阻的负面影响，从而实现了电荷载流子的线性注入，消除了器件的“双斜率”现象。
器件剥离前后的载流子密度
释放应变后，器件的载流子密度显著降低，从而导致聚合物半导体薄膜中沟道电阻增加。
器件在有无氧气环境下的场效应性能曲线
通过对比实验他们发现氧气是诱发聚合物薄膜产生多余载流子的关键原因，也是导致器件出现“双斜率”现象的根本。根据一步剥离策略释放薄膜中应变，从而改变分子间距这一事实，剥离后薄膜π-π堆积中的氧含量大大降低，有效抑制氧掺杂载流子的产生，降低沟道中的载流子浓度，从而实现电荷的线性注入，最终获得理想器件。
器件贴合时其场效应性能曲线及其驱动OLED
理想器件贴合到曲面上，其性能仍能保持线性传输，而且显示了出色的OLED驱动能力。
该研究的最大意义在于，界面应变对于聚合物场效应晶体管的“双斜率”传输特性起着至关重要的作用，并且可以通过简单的一步剥离策略成功消除界面应变，制备出理想的可贴合器件。这对构建理想的柔/弹性器件具有重要的指导意义。
参考文献：
Wang, S.; Zhao, X.; Zhang, C.; Yang, Y.; Liang, J.; Ni, Y.; Zhang, M.; Li, J.; Ye, X.; Zhang, J.; Tong, Y.; Tang, Q.; Liu, Y., Suppressing interface strain for eliminating double-slope behaviors: towards ideal conformable polymer field-effect transistors. Advanced Materials 2021, 2101633.
https://doi.org/10.1002/adma.202101633
本文版权归原作者所有，文章内容不代表平台观点或立场。如有关于文章内容、版权或其他问题请与我方联系，我方将在核实情况后对相关内容做删除或保留处理！联系邮箱: yzhao@koushare.com