場(chǎng)效應(yīng)晶體管（Field Effect Transistor, FET）是芯片與集成電路的基本單元，由金屬電極、半導(dǎo)體電荷傳輸層和絕緣電介質(zhì)層三部分組成。近年來，電氣設(shè)備和電子產(chǎn)品小型化、輕量化、智能化的發(fā)展趨勢(shì)對(duì)FET等基礎(chǔ)電學(xué)元器件提出了向高性能、微型化、高頻化和柔性化發(fā)展的需求。進(jìn)入21世紀(jì)后，隨著多種具有共軛π鍵體系聚合物和小分子的合成，有機(jī)半導(dǎo)體材料的優(yōu)良電荷傳輸特性已被較為充分地發(fā)掘，分子結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的匱乏導(dǎo)致半導(dǎo)體材料電荷傳輸性能難有跨越式的提升。基于這種現(xiàn)狀，西安交通大學(xué)魯廣昊教授課題組將研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)向絕緣電介質(zhì)層，通過充分挖掘絕緣介質(zhì)帶電特性形成可控的柵極補(bǔ)償電場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)FET半導(dǎo)體層電荷傳輸?shù)恼{(diào)控并提高器件性能。
近日，西安交通大學(xué)前沿院魯廣昊教授課題組與電氣學(xué)院李盛濤教授課題組、理學(xué)院張志成教授課題組、中科院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所崔冬梅研究員課題組開展合作，通過自由基聚合合成了一種新型絕緣聚合物分子：無規(guī)4-氟代聚苯乙烯（Poly(4-fluorostyrene)，F(xiàn)PS）。該聚合物具有較高的深電荷陷阱密度、高擊穿場(chǎng)強(qiáng)、高熱穩(wěn)定性和疏水性，可實(shí)現(xiàn)高度穩(wěn)定的駐極體。以FPS薄膜作為柵極介電層，并以C12-BTBT作為半導(dǎo)體層制備的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管具有高達(dá)11.2 cm2·V-1·s-1的場(chǎng)效應(yīng)遷移率，高達(dá)107的開/關(guān)比和較小的閾值電壓。與廣泛使用的聚苯乙烯相比，F(xiàn)PS的電子和空穴陷阱密度及陷阱能級(jí)均有所上升，帶來6.8×1012cm-2的高帶電量。利用FPS制備的OFET存儲(chǔ)器件可在大于100 V的寬存儲(chǔ)窗口下工作，并具有在空氣環(huán)境中大于一個(gè)月的存儲(chǔ)穩(wěn)定性。
該研究成果以“Soluble Poly(4-fluorostyrene): a High-performance Dielectric Electret for Organic Transistors and Memories”為題發(fā)表在國(guó)際材料領(lǐng)域權(quán)威期刊Materials Horizons上（影響因子：14.356）。該文第一作者為西安交大前沿院助理教授朱遠(yuǎn)惟博士，通信作者為前沿院魯廣昊教授、電氣學(xué)院李盛濤教授和中科院長(zhǎng)春應(yīng)化所劉波副研究員。該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、陜西省自然科學(xué)基礎(chǔ)研究計(jì)劃、國(guó)家博士后基金、電力設(shè)備電氣絕緣國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室中青年基金及校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)的資助。
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