光电性能“双赢”的有机光晶体管

光晶体管可以将捕获的光信号转化成电信号，因此在成像、光通信和生物医学传感等领域有着潜在的应用前景。对于未来的柔性电子领域，有机光晶体管因其有着柔韧性好、成本低、重量轻、易于大面积加工等优势而引起广泛的关注。然而，有机光晶体管的发展依然落后于无机、量子点和有机无机杂化体系，主要是因为大多数有机光响应材料的低迁移率限制了运输和收集电荷载体的效率。因此，同时赋予有机光晶体管高的迁移率和高的光响应特性仍然是一件巨大的挑战。

天津大学的胡文平教授的团队在前期的工作中合成了一种结构简单但是性能优异的小分子有机半导体材料，2,6-二苯基蒽（DPA），其单晶器件展现了很高的迁移率，达到34 cm² V^-1 s^-1。这个小分子本身的半导体核心部分是具有强荧光的蒽，而且此分子有比较强的紫外可见光吸收峰和较长的激子寿命。基于此，明斯特大学的Harald Fuchs教授（点击查看介绍）、天津大学的胡文平教授（点击查看介绍）和上海交通大学的李涛研究员（点击查看介绍）合作团队首先对DPA分子体系进行了模拟计算，发现光诱导电子进行了重新分布，并揭示了电子激发后DPA分子之间电子密度的增加，进一步论证了DPA分子在光电器件方面的潜在应用。

在制备器件过程中，团队优先选择了薄膜器件的制备，主要考虑到精准操作单晶器件有一定的难度，而且单晶器件在大面积制备方面没有薄膜器件操作性强。在实验中，基于DPA薄膜的有机场效应晶体管器件首次表现出了“带状”电荷传输的机制，表明此薄膜的有序性很高。光照下，光晶体管的迁移率可以高达12 cm² V^-1 s^-1。高的迁移率是实现高性能光晶体管的先决条件，且研究发现制备的光晶体管可以在很低的暗电流(~10^-12 A)下工作，因此器件展现了优异的光学性能，比如光敏度(P, 8.5 × 10⁷)、光响应度 (R, 1.34 × 10⁵ A W^-1) 和探测度 (D*,10¹⁷ cm Hz^1/2 W^-1)等光学性能的指标在所有有机光晶体管中都处于最优值。除此之外，光晶体管还表现出了很好的空气稳定性，在四个月的连续测试中性能未有明显衰减。

这一成果近期发表在国际著名期刊Nature Communications上，文章的第一作者是纪德洋博士，Harald Fuchs教授、胡文平教授和李涛研究员是共同的通讯作者。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Band-like transport in small-molecule thin films toward high mobility and ultrahigh detectivity phototransistor arrays

Deyang Ji, Tao Li, Jie Liu, Saeed Amirjalayer, Mianzeng Zhong, Zhao-Yang Zhang, Xianhui Huang, Zhongming Wei, Huanli Dong, Wenping Hu, Harald Fuchs

Nat. Commun., 2019, DOI: 10.1038/s41467-018-07943-y

导师介绍

Harald Fuchs

https://www.x-mol.com/university/faculty/49828

李涛

https://www.x-mol.com/university/faculty/49829

胡文平

https://www.x-mol.com/university/faculty/26829