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有机场效应晶体管气体传感阵列的研究与应用进展

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分析化学 2023年第5期51卷 777-789页

作者：孙辰芳王铁天津理工大学生命健康智能检测研究院

近年来，气体传感技术在环境监测、医疗健康和工业安全等方面受到了越来越多的关注。其中，在各类气体传感器中，有机场效应晶体管（Organic field-effect transistors, OFETs）基于其独特的栅调控作用和信号转换与放大功能，以及可实... 详细信息

近年来，气体传感技术在环境监测、医疗健康和工业安全等方面受到了越来越多的关注。其中，在各类气体传感器中，有机场效应晶体管（Organic field-effect transistors, OFETs）基于其独特的栅调控作用和信号转换与放大功能，以及可实现微型化、集成化和阵列化等优势在气体传感领域得到了迅速发展，已成为新型气体传感技术。本文从OFETs器件结构出发，通过对材料的选择、制备工艺的优化以及研究应用进展进行介绍和分析，突出了其在气体传感领域的独特优势，并对目前OFETs气体传感领域存在的困难和挑战进行了概括和总结。

关键词：有机场效应晶体管有机电子学传感阵列气体传感评述

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类液晶作为高性能有机场效应晶体管的有源层

Science China Materials 2023年第4期66卷 1518-1526页

作者：王治芳 Daniel Martin-Jimenez 张莹莹 Miguel Wiche 刘拉程 Daniel Ebeling 仲启刚 Florian Fontein Andre Schirmeisen 黄丽珍王滋王文冲迟力峰 Institute of Functional Nano&Soft Materials(FUNSOM) Jiangsu Key Laboratory for Carbon-Based Functional Materials&DevicesSoochow UniversitySuzhou 215123China Westfalische Wilhelms-Universitat Munster Physikalisches Institut and Center for Nanotechnology(CeNTech)Wilhelm-Klemm-StraBe 1048149 MunsterGermany Institution Center for Soft Nanoscience Busso-Peus-Strasse1048149 MinsterGermany Institute of Applied Physics(IAP)and Center for Materials Research(LaMa) Justus Liebig University GieBenHeinrich-Buff-Ring 1635392 GieBenGermany Gusu Laboratory of Materials Suzhou 215123China

高载流子迁移率和器件性能的一致性对于有机场效应晶体管在阵列和集成电路上的应用至关重要.然而,同时具备高性能和小批间差的方法当前仍然是个挑战.本论文在原子力显微镜和偏振荧光显微镜表征的基础上,报道了在PTCDI-C1_(3)分子模板上... 详细信息

高载流子迁移率和器件性能的一致性对于有机场效应晶体管在阵列和集成电路上的应用至关重要.然而,同时具备高性能和小批间差的方法当前仍然是个挑战.本论文在原子力显微镜和偏振荧光显微镜表征的基础上,报道了在PTCDI-C1_(3)分子模板上生长具有大晶畴的dif-TES-ADT类液晶状薄膜的方法.我们进一步将所获得的薄膜用作有机场效应晶体管的载流子传输通道,其饱和载流子迁移率高达1.62±0.26 cm^(2)V^(-1)s^(-1).更重要的是,在重复三个批次之间,每次50个器件的迁移率批间差仅为16%.这一发现为设计材料和器件结构以同时实现高载流子迁移率和器件均匀性提供了一种新思路.

关键词：有机场效应晶体管载流子迁移率载流子传输有源层集成电路器件性能偏振荧光原子力显微镜

基于有机双层的双极性有机场效应晶体管研究进展

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有机化学 2022年第1期42卷 54-66页

作者：李敏吕爱风上海工程技术大学化学化工学院上海201620

由双极性有机场效应晶体管(OFETs)制备的有机互补电路具有操作电压低、能耗低和成本低等优点,在有机互补电路方面有很大的应用前景,引起了科学家们极大的研究兴趣.同时具有高且匹配的空穴迁移率和电子迁移率的双极性有机半导体分子是制... 详细信息

由双极性有机场效应晶体管(OFETs)制备的有机互补电路具有操作电压低、能耗低和成本低等优点,在有机互补电路方面有很大的应用前景,引起了科学家们极大的研究兴趣.同时具有高且匹配的空穴迁移率和电子迁移率的双极性有机半导体分子是制备高性能有机互补电路的必要条件之一,然而迄今为止该类双极性有机半导体分子的报道比较少,大部分双极性有机半导体分子的空穴和电子传输不匹配;高性能单极性有机半导体分子报道已有成千上万种,选择迁移率相匹配的n型有机半导体分子和p型有机半导体分子构筑具有垂直双层导电沟道的有机场效应晶体管是制备高性能双极性有机场效应晶体管的有效方法.总结了构筑基于有机双层的高性能双极性有机场效应晶体管的必要条件,已报道的有机双层场效应晶体管的电学性能,以及影响双极性场效应性能的因素.

关键词：有机场效应晶体管双极性有机双层匹配迁移率

有机场效应晶体管的微区光电流谱及工作机理的研究

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有机场效应晶体管的微区光电流谱及工作机理的研究

作者：侯学华华南理工大学

学位级别：硕士

由于有机场效应晶体管具有可溶液加工、制备成本低和可兼容柔性衬底等突出优势,在近几十年得到迅速的发展。然而,由于有机半导体在电子结构和电荷传输等方面的复杂性,目前发展的电荷传输理论不能很好的解释载流子在有机半导体中的传输... 详细信息

由于有机场效应晶体管具有可溶液加工、制备成本低和可兼容柔性衬底等突出优势,在近几十年得到迅速的发展。然而,由于有机半导体在电子结构和电荷传输等方面的复杂性,目前发展的电荷传输理论不能很好的解释载流子在有机半导体中的传输。因此,在我们组之前的工作中,开发了原位拉曼成像技术描述了处于工作状态下的有机场效应晶体管的沟道中电荷的分布情况,但是原位拉曼成像技术的灵敏度较低,为了解决这个问题,在本论文中我们尝试引入灵敏度更高、原位监测性能更好的微区光电流的技术来进一步研究有机场效应晶体管沟道中的载流子工作机制,并在不同实验条件中总结探索微区光电流谱定量分析的可能性。具体的研究内容包括以下三个部分:1、研究了有机场效应晶体管的基本电学、全区光响应和微区光响应行为。以TIPS-并五苯为有源层的有机场效应晶体管具有良好的光电转换特性;光生少子分布于光照区间基本一致即薄膜整体,且随辐照强度的增强不断增加;在导电沟道界面处可能大部分参与缺陷填充,光照后实测陷阱密度反而减少。与全区光响应相比,器件的微区光电特性表现出更大的载流子猝灭效应。在三电极电压都为0 V的情况下,微区光电流在源漏电极呈现反对称分布,并且光电流强度呈现反常的“功函匹配性越差,光电流越强”现象,表现出对于光生少子的特殊敏感性,为我们进一步使用微区光电流研究有机半导体中光生载流子的传输奠定了良好的基础。2、对微区光电流法的可靠性进行了系统的研究。在不施加任何电场的条件下,扫描次数、激光波长、激光功率和曝光时间对微区光电流的影响较大,而扫描方向和扫描步长对微区光电流的影响较小。其中微区光电流随扫描次数、激光功率、曝光时间的增加呈现先逐渐增大后稳定不变的变化规律。所选用的波长与微区光电流密切相关,而且微区光电流与有机半导体对激光的吸收值之间没有必然的联系。以上的实验结果为我们定量的描述光生少子的扩散过程奠定了良好的基础。3、通过微区光电流技术估算少数载流子的表观扩散长度并研究电场对其准确性的影响。然受到内部电场变化的影响,微区光电流测得的表观L值会随着光电刺激的变化,发生相应的变化,无法得到稳定的载流子定量数据,但是L值的变化可以作为内部电场变化的探针和量度,在扫描次数、曝光时间、外加电场等多种实验条件下的变化规律都可以用内部电场的变化很好的解释。更有意思的是当微区光电流增大到一定值后,L值稳定不变,可以一定程度的描述载流子的行为,对于有机半导体工作机理的分析有重要意义。进一步,我们还对这一现象产生的原因和系统误差等进行了详细的讨论分析。

关键词：有机场效应晶体管微区光电流少数载流子扩散长度载流子传输机制

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有机场效应晶体管的制备与其光电特性的研究

有机场效应晶体管的制备与其光电特性的研究

作者：金日升浙江师范大学

学位级别：硕士

随着有机半导体材料制备技术的不断优化和改进,有机场效应晶体管(OFET)的性能获得了快速的提升,近几年来OFET已经逐渐被应用于有机光电探测器、电子皮肤、可穿戴电子设备、有机存储器等电子设备,可以预见OFET在其他领域也具有广泛的应... 详细信息

随着有机半导体材料制备技术的不断优化和改进,有机场效应晶体管(OFET)的性能获得了快速的提升,近几年来OFET已经逐渐被应用于有机光电探测器、电子皮肤、可穿戴电子设备、有机存储器等电子设备,可以预见OFET在其他领域也具有广泛的应用前景。然而,当前基于OFET器件功能的单一性限制了其进一步发展,因此,通过设计和合成新型有机半导体材料以及对器件结构进行优化,实现OFET的多功能集成对于拓宽有机场效应晶体管的应用领域至关重要。本论文以OFET为研究主体,对浮栅型有机场效应晶体管存储器(FGOFETM)、有机异质结光电晶体管(OHPT)的制备工艺及其光电特性展开了一系列研究。主要研究内容如下:1.制备了以纳米氧化锡锑(ATO NPs)为浮栅的FGOFETM,其器件结构为Si/Si O/ATO NPs/PS/C8-BTBT/Au。通过对ATO NPs浓度的调控,改变了ATO NPs的密度,筛选出器件性能最佳时的浓度,并在此基础上进一步探究。通过调控写入栅压的大小,实现器件的多阶存储,并利用C8-BTBT在紫外光区域的吸收,使紫外光照射成为一种独立的擦除手段来实现该存储器的擦除过程。该器件具有宽存储窗口(～85 V)、高存储开关比(～10)、长数据存储时间(>10年)和多阶存储能力等特点。2.制备了基于CsPbBr钙钛矿量子点的FGOFETM,其器件结构分别为Si/Si O/(CPB QDs/PS)/Pentacene/Au以及Si/Si O/(CPB QDs/PS)/C8-BTBT/Au。采用将量子点与聚合物共混的方式制备混合浮栅层,通过调整量子点和聚合物的混合比例,控制混合薄膜的形貌和纳米浮栅结构,从而获得最佳存储性能。通过写入栅压的调控,器件实现了多阶存储,其存储窗口与写入栅压大小近似呈线性关系,呈现出可控的多阶存储状态。同时,器件在两种结构下均可实现光致复位,对此展开了光致复位机理的详细研究。3.制备了基于非富勒烯受体ITIC/并五苯的OHPT,器件结构为Si/Si O/ITIC/Pentacene/Au。结合ITIC的宽光谱吸收特性、电荷分离效率以及并五苯较高的空穴迁移率,器件实现了365-750 nm范围内宽光谱响应。器件表现出优异的光探测性能,最大光暗电流比P值为4.7×10,光响应度R值为1.1×10A W,外量子效率EQE为2.0×10%。同时,由于持续光电导效应,ITIC/并五苯OHPTs实现了光探测与光存储特性的集成。

关键词：有机场效应晶体管纳米氧化锡锑钙钛矿量子点非富勒烯受体/并五苯光致复位

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具有感知功能的有机场效应晶体管研究进展

中国科学：化学 2022年第11期52卷 1896-1912页

作者：贺紫晗王薇刘力瑶狄重安朱道本中国科学院有机固体重点实验室中国科学院化学研究所北京100190 中国科学院大学北京100049

伴随着光电子学不断向智能化方向演化,发展具有感知功能的有机光电材料与器件成为重要的交叉前沿方向.有机场效应晶体管通过电场调控半导体分子的导电状态,不但能够结合电子开关功能构建本征柔性的逻辑与驱动电路,还可以结合多功能分子... 详细信息

伴随着光电子学不断向智能化方向演化,发展具有感知功能的有机光电材料与器件成为重要的交叉前沿方向.有机场效应晶体管通过电场调控半导体分子的导电状态,不但能够结合电子开关功能构建本征柔性的逻辑与驱动电路,还可以结合多功能分子的设计与界面调控,制备具有化学/生物/物理信号传感、突触功能和适应功能的电子器件.过去十年,具有感知功能的有机晶体管研究日趋受到关注并取得快速发展.本文从有机半导体的分子设计、界面修饰、器件设计等方面概述有机场效应晶体管的感知功能化研究进展,重点介绍适应性有机晶体管方面的研究策略和发展现状,最后总结有机晶体管在感知功能研究方面的挑战与机遇.

关键词：有机半导体有机场效应晶体管传感器突触晶体管主动适应器件

基于有机场效应晶体管的柔性传感器:材料、机制与应用

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中国科学：化学 2022年第11期52卷 2080-2091页

作者：郭淑婧王中武于丽李立强胡文平天津大学化学系天津市分子光电科学重点实验室分子聚集态科学研究院天津300072

有机场效应晶体管是一种优良的传感器载体,具有丰富的传感机制和独特的电信号放大特性.有机半导体具有质量轻便、机械柔性、可溶液加工、分子结构可调等优点,适于制备低成本、大面积、多功能的柔性传感活性层.基于有机场效应晶体管的各... 详细信息

有机场效应晶体管是一种优良的传感器载体,具有丰富的传感机制和独特的电信号放大特性.有机半导体具有质量轻便、机械柔性、可溶液加工、分子结构可调等优点,适于制备低成本、大面积、多功能的柔性传感活性层.基于有机场效应晶体管的各类柔性传感器已经广泛应用于智能穿戴、电子皮肤、生物检测、环境保护等领域.本文总结了近年来柔性有机场效应晶体管传感器的研究进展,从材料、机制和应用三个层面出发,介绍有机半导体传感材料的设计原则、有机场效应晶体管的传感机制及其在化学、物理、生物领域的应用.最后,总结了有机场效应晶体管传感器的研究现状和现存问题,展望了有机场效应晶体管柔性传感器的未来发展方向.

关键词：柔性传感器有机场效应晶体管有机半导体有机电子可穿戴电子

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类皮肤超柔有机场效应晶体管研究进展

中国科学：化学 2022年第11期52卷 1925-1947页

作者：孙静汤庆鑫刘益春东北师范大学先进光电子功能材料研究中心紫外光发射材料与技术教育部重点实验室长春130024

场效应晶体管是现代微电子产业最重要的基本元件之一,有机场效应晶体管具有柔性、质轻、可溶液加工、生物相容性好等突出优势,在软体机器人、植入设备、无感穿戴设备等类皮肤电子领域具有巨大的应用潜力.类皮肤超柔有机场效应晶体管能... 详细信息

场效应晶体管是现代微电子产业最重要的基本元件之一,有机场效应晶体管具有柔性、质轻、可溶液加工、生物相容性好等突出优势,在软体机器人、植入设备、无感穿戴设备等类皮肤电子领域具有巨大的应用潜力.类皮肤超柔有机场效应晶体管能够与皮肤、假肢等三维静/动态表面实现共形贴合,在形变情况下保持稳定的电学性能,给予佩戴者最小的负担和最大的舒适度.降低厚度和杨氏模量将有效减小器件因形变产生的恢复力,是获得具有三维表面共形贴合能力的类皮肤超柔器件的主要策略.本文综述了超薄和可拉伸两种类皮肤超柔有机场效应晶体管的研究进展,并且展望了该领域的发展趋势.

关键词：类皮肤超柔有机场效应晶体管有机半导体超薄可拉伸

有机场效应晶体管中给体-受体共聚物材料研究进展

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有机化学 2014年第9期34卷 1905-1915页

作者：夏昕雷霆裴坚刘晨江石油天然气精细化工教育部&自治区重点实验室乌鲁木齐绿色催化与合成技术重点实验室新疆大学化学化工学院乌鲁木齐830046 北京分子科学国家实验室北京100871 北京大学化学与分子工程学院北京100871

自20世纪80年代至今,有机场效应晶体管（Organic field-effect transistor,OFET）的研究已经取得了很大的发展,目前可用于场效应晶体管的有机半导体材料已达数百种.经过30年的发展,有机场效应晶体管的迁移率从10-6-10-5cm2·V-1·s-1提... 详细信息

自20世纪80年代至今,有机场效应晶体管（Organic field-effect transistor,OFET）的研究已经取得了很大的发展,目前可用于场效应晶体管的有机半导体材料已达数百种.经过30年的发展,有机场效应晶体管的迁移率从10-6-10-5cm2·V-1·s-1提高到12 cm2·V-1·s-1,增长了6个数量级,其性能已经超过了无定形性硅场效应晶体管（0.1-1 cm2·V-1·s-1）.值得指出的是,目前该类高性能的材料几乎都是基于给体-受体（Donor-Acceptor,简称D-A）的共轭聚合物,它也被誉为第三代半导体材料.本文综述了近年来国内外D-A共聚物半导体材料的研究状况,对空穴传输型、双极传输型和电子传输型的D-A共聚物半导体材料进行了分类总结和评述,并对其设计思路,器件制备及性能做了详细介绍,总结了材料的化学结构与器件性能间的基本规律,为今后应用于有机场效应晶体管的给体-受体共聚物半导体材料提供设计思路.

关键词：有机场效应晶体管聚合物材料给体-受体共聚物材料