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中科院新成果:為有機(jī)高分子半導(dǎo)體的高效圖案化提供新策略

        【每日科技網(wǎng)】
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  近日,中國科學(xué)院化學(xué)研究所有機(jī)固體重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員張德清課題組設(shè)計(jì)合成了一種新的雙吖丙啶類交聯(lián)劑 4CNN,實(shí)現(xiàn)了有機(jī)高分子半導(dǎo)體的高效圖案化,為全溶液加工柔性電路提供了新思路。

  中科院消息顯示,這種“四臂”型交聯(lián)劑 4CNN 具有以下優(yōu)點(diǎn):雙吖丙啶類化合物在紫外光照射或加熱條件下能夠高效產(chǎn)生活性卡賓中間體,并能迅速與其鄰近的 C (sp3)-H 鍵高效地發(fā)生插入反應(yīng),從而實(shí)現(xiàn)化學(xué)交聯(lián),在無紫外光照和常溫條件下該類化合物具有較好的穩(wěn)定性;4CNN 分子構(gòu)型呈四面體型,四個(gè)活性雙吖丙啶基團(tuán)均勻分布在四面體的頂點(diǎn)上,同時(shí)該分子本身不含 C (sp3)-H 鍵,這些結(jié)構(gòu)特點(diǎn)賦予其高效的交聯(lián)能力,降低了交聯(lián)劑的用量;不同于已報(bào)道的疊氮類交聯(lián)劑,4CNN 通過卡賓的插入反應(yīng)實(shí)現(xiàn)高分子側(cè)鏈交聯(lián)不會引入氮等雜原子。

  據(jù)介紹,研究以四種高性能聚合物半導(dǎo)體為例,細(xì)致優(yōu)化條件,發(fā)現(xiàn)在交聯(lián)劑添加量不大于 3%(w/w)時(shí),通過 365 nm 紫外光(30 mW/cm2)照射交聯(lián)劑和聚合物的共混薄膜僅 40 秒便可實(shí)現(xiàn) p-型、n-型和雙極性共軛聚合物的高效交聯(lián),交聯(lián)后的薄膜在氯仿溶液中不溶解。具體圖案化過程為:將交聯(lián)劑和聚合物半導(dǎo)體溶液共混,通過旋涂-掩膜-紫外光照-氯仿清洗四個(gè)步驟,可以實(shí)現(xiàn)一種材料的高精度圖案化,并可以實(shí)現(xiàn)不同材料的多層圖案化集成。

  研究進(jìn)一步通過 AFM 和 GIWAXS 圖發(fā)現(xiàn)四種聚合物薄膜交聯(lián)前后的形貌和鏈間排列并未發(fā)生明顯變化,并通過場效應(yīng)晶體管器件對以上四種聚合物的矩形圖案陣列的電荷傳輸性能進(jìn)行表征。與未加交聯(lián)劑的半導(dǎo)體薄膜相比,圖案化薄膜的遷移率保留率可達(dá) 60%-91%,同時(shí)四種聚合物交聯(lián)前后的遷移率、閾值電壓的分布并未明顯變化。此外,兩步圖案化可以構(gòu)筑基于 PDPP4T 和 N2200 的反相器。

  該研究為有機(jī)高分子半導(dǎo)體的高效圖案化提供了新策略。

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