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智能手機(jī)對于觸控的響應(yīng)速度是由各種顯示組件之間電荷的流通速率決定的。倫敦帝國理工學(xué)院（Imperial College London，簡稱 ICL）的科學(xué)家們與阿卜杜拉國王科技大學(xué)（King Abdullah University of Science and Technology，簡稱 KAUST）的同仁們將合作制造有機(jī)薄膜晶體管 (OTFT)，這些有機(jī)薄膜晶體管通過融合兩種有機(jī)半導(dǎo)體的細(xì)致溶液處理方法不斷取得創(chuàng)紀(jì)錄的載流子遷移率。這些有機(jī)薄膜晶體管及其處理方法提供了一系列未來的電子應(yīng)用。
Aram Amassian 教授在阿卜杜拉國王科技大學(xué)的研究小組與倫敦帝國理工學(xué)院物理系的 Thomas Anthopoulos 博士以及化學(xué)系的 Iain McCulloch 教授和 Martin Heeney 博士合作開發(fā)并描述了一種可提高電荷流通速率且支持更快的有機(jī)晶體管制作的復(fù)合材料。他們在發(fā)表于《Advanced Materials》上的一篇聯(lián)合論文中描述了這種新穎的半導(dǎo)體混合物。
為應(yīng)對昂貴的真空沉積工藝的挑戰(zhàn)，有機(jī)合成化學(xué)家在共軛可溶性小分子的合成方面越來越有成效。帝國理工學(xué)院的首席研究員 Anthopoulos 博士評論說：“盡管它們有形成大晶體的趨勢，但是重復(fù)形成高品質(zhì)、連續(xù)且均勻的薄膜仍是一個問題。”相比之下，聚合物半導(dǎo)體常為可溶性的，而且可以形成優(yōu)質(zhì)連續(xù)薄膜，但直到不久前，聚合物半導(dǎo)體的電荷載流子遷移率還無法高于 1 cm 2 /Vs。
在這項(xiàng)集體工作中，帝國理工學(xué)院的化學(xué)家們通過與該大學(xué)塑料電子中心的設(shè)備物理學(xué)家以及阿卜杜拉國王科技大學(xué)的材料科學(xué)家們共同合作，將聚合物與小分子的優(yōu)勢屬性融合到一種復(fù)合材料中。這種復(fù)合材料的性能比單獨(dú)拿出來的每一種成分的性能都要高，并且還加強(qiáng)了設(shè)備到設(shè)備的重現(xiàn)性和穩(wěn)定性。
復(fù)合材料的性能之所以能得到提升，其部分原因在于混合物中小分子成分的晶體結(jié)構(gòu)以及多晶薄膜頂面的平整度和光滑度。后者對上閘極、下觸式配置設(shè)備至關(guān)重要，這是因?yàn)榘雽?dǎo)體混合物的頂面在涂上聚合物電介質(zhì)溶液時形成了半導(dǎo)體電介質(zhì)界面。
對純凈狀態(tài)下的高度多晶小分子而言，表面光滑連續(xù)和缺乏表面晶界這種事情并不常見，這表明聚合物粘合劑可使半導(dǎo)體晶體變得平滑，甚至可能為半導(dǎo)體晶體涂上了納米級薄層。研究論文的共同作者、阿卜杜拉國王科技大學(xué)的 Amassian 教授指出：“聚合物與分子的混合物的性能超過 5 cm 2 /Vs，這一數(shù)據(jù)非常接近之前公布的分子本身的單晶體遷移率。”
阿卜杜拉國王科技大學(xué)的材料科學(xué)家們通過結(jié)合使用康奈爾高能同步輻射源 (CHESS) D1 光束線同步輻射 X 射線散射技術(shù)、橫截面能量過濾透射電子顯微鏡法 (EF-TEM) 以及地形相位模式原子力顯微鏡法解決了有機(jī)半導(dǎo)體混合物的相位分離、結(jié)晶度和形態(tài)分析等問題。
斯坦福大學(xué) (Stanford University) 的 Alberto Salleo 教授是聚合物半導(dǎo)體高級結(jié)構(gòu)表征方面的專家，他表示：“這項(xiàng)工作特別令人興奮，因?yàn)樗砻髁送ㄟ^將互補(bǔ)性的強(qiáng)大表征技術(shù)應(yīng)用到這些復(fù)雜的有機(jī)混合物中，你就可以了解很多關(guān)于它們是如何起作用的知識。這是結(jié)構(gòu)與屬性關(guān)系方面的一個研究范例，突出了這類合作的有效性。5 cm 2 /Vs 的遷移率已經(jīng)是一個驚人的數(shù)字。所描述的方法為研究人員實(shí)現(xiàn)更高的遷移率提供了機(jī)會。”
Anthopoulos 博士補(bǔ)充說：“原則上說，這種簡單的混合方法可以促進(jìn)有機(jī)晶體管的發(fā)展，使有機(jī)晶體管的功能特性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出目前的最高水準(zhǔn)。”
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