东北师范大学汤庆鑫/童艳红AEM：分离制备-干法转印迭合构筑全溶液全有机晶体管器件

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论文信息

论文标题：All-Solution-Processed, All-Organic Flexible Transistor and Circuit Based on Dry-Transfer Polymer Films

作者列表：Shanlei Guo, Jing Sun, Xue Wang, Yanhong Tong, Qingxin Tang, and Yichun Liu

DOI: 10.1002/aelm.202400317

原文链接：https://doi.org/10.1002/aelm.202400317

研究背景

有机薄膜晶体管（Organic thin film transistors, OTFTs）作为有机电子学的核心器件之一，在柔性/可拉伸电子领域具有广泛的应用前景，包括植入医疗、电子皮肤、柔性显示以及人工智能等领域。其中有机材料的低成本、低温和可大面积溶液法制备的特点对于未来OTFTs的成功商业化至关重要。然而，目前报道的OTFTs并不能完全由溶液法构筑或者其中的某一组分不是有机材料，这将会降低溶液处理OTFT的优势，特别是在器件柔性、成本效益控制和生物相容性方面。有机薄膜逐层沉积的过程中，有机溶剂会造成功能层之间界面的损伤以及材料的选择。除此之外，有机半导体材料在辐射或恶劣环境中容易受到损伤，使得高精度图案化电极的商业化光刻法难于应用到OTFTs的构筑中。因此，探索新的策略对于充分发挥有机材料的优势以及兼容成熟的各组分先进制备技术来构筑OTETs器件具有重要的科学意义。

文章概述

近日，由东北师范大学物理学院紫外光发射材料与技术教育部重点实验室的汤庆鑫教授、童艳红课题组提出了一种分离制备-干法转印迭合的策略，该策略与晶体管中的各种商业材料和先进制造技术完全兼容，并且能够集成多功能的组分构筑复杂的全有机电子器件。该策略基于分离制备的思想，而后通过干法剥离转印的手段，避免有机功能材料在全溶液制备过程中相互溶解、界面污染以及与先进的制备技术不兼容的问题。利用该策略构筑的全有机TFTs中观察到优异的机械稳定性、良好的操作、高精度的电极图案和出色的一致性。此外，基于此策略的全有机互补反相器的增益值能够达到11.2，在空气中30天内性能稳定。该工作提供了一种通用的、无需溶液的转移和层压策略，以制造高精度、全溶液处理、全有机器件，充分发挥有机材料在未来多层功能、商业化和工业化柔性电子产品中的巨大优势。

图文导读

图1 a. 全有机FET的制造策略。b. 层压在SEBS层的栅电极的光学显微镜图像。c. 层压在半导体层上的PDMS/PPy/SEBS的光学显微镜图像。d. 通道的光学显微镜图像。

图2 a. 全有机柔性TFT可以紧密地贴合在3D曲面。b、c. 全有机TFT的典型传输和输出曲线。d. 20个OTFTs中的迁移率和开关比分布。e. 器件的弯曲示意图。f、g. 场效应性能弯曲次数的关系。h. 全有机TFTs的循环稳定性。

图3 a. 基于分离制备-转印迭合策略构筑全有机互补反相器的示意图。b. 3D曲面上全有机互补反相器的照片。c. 电压传递曲线（插图为全有互补反相器的示意图）和d. 全有机互补反相器在VDD=40V时的增益。e. 全有机互补反相器的动态稳定。f. 全有机互补反相器增益值与时间的关系。

结论

该工作提出一种通用的、分离制备、无溶液的转移和迭层策略，用于实现全溶液有机柔性TFT的构筑。该策略与有机晶体管中的所有有机材料和先进制造技术兼容。柔性TFT在循环过程中表现出稳定的运行和机械柔性。更重要的是，分离制备-干法剥离迭合的策略在集成不同功能层构筑全溶液全有机互补反相器方面表现出了出色的实用性。全有机互补反相器在空气中显示出11.2的高增益值和30天的稳定性。这项工作对未来复杂、多层功能和低温加工的可穿戴全有机电子产品的制造具有一定的参考和借鉴意义。

期刊简介

期刊Advanced Electronic Materials重点发表物理：应用、材料科学：综合、纳米科技相关方向的文章。

该期刊是一个跨学科论坛，在材料科学，物理学，电子和磁性材料工程领域进行同行评审，高质量，高影响力的研究。除了基础研究外，它还包括电子和磁性材料、自旋电子学、电子学、器件物理学和工程学、微纳机电系统和有机电子学的物理和物理性质的研究。期刊最新引文指标为0.9，最新影响因子为5.3（2023）。

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